(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống truyền lực cho xe điện đo thị cỡ nhỏ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
▬▬▬▬▬▬▬▬

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO XE ĐIỆN
ĐÔ THỊ CỠ NHỎ

SVTH: NGUYỄN THÀNH LỘC
MSSV: 15145283
SVTH: ĐẶNG VIỆT TÂN
MSSV: 15145346
SVTH: TRỪ THÀNH TÂM
MSSV: 15145345
GVHD: ThS. VŨ ĐÌNH HUẤN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2019
1


LỜI CẢM ƠN
Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Cơng nghệ kỹ thuật Ơ tơ của trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật thì Đồ án Tốt nghiệp được xem là mơn học có ý nghĩa rất thiết thực đối với
sinh viên. Bởi vì trong q trình học tập, tích lũy kiến thức, việc bắt tay vào tính tốn, thiết kế
hay chế tạo một hệ thống, một mơ hình cụ thể là rất quan trọng, phần nào giúp cho sinh viên
củng cố kiến thức đã học ở trường, thể hiện sự am hiểu về kiến thức cơ bản và sự vận dụng lý
thuyết vào thực tế tính tốn sao cho hợp lý, cũng có nghĩa là sinh viên được làm quen với công
việc của một cán bộ kỹ thuật.
Ngày nay, khi mà ngành công nghiệp ô tô càng phát triển thì càng nảy sinh ra nhiều

vấn đề cần giải quyết, điển hình là vấn đề về nhiên liệu và mơi trường. Và hướng nghiên cứu
để tìm ra phương pháp giải quyết hai vấn đề trên là điều cấp bách và cần thiết. Từ đó ơ tơ điện
ra đời như một xu thế tất yếu trong việc tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch và góp phần bảo
vệ mơi trường xanh sạch hơn. Vì xe điện có nhiều ưu điểm và đang góp phần quan trọng trong
việc giải quyết hai vấn đề trên nên nhóm chúng em cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu để góp
phần chế tạo ra ơ tơ điện trong khuôn khổ đồ án. Nhưng do thời gian và trình độ có hạn nên
nhóm chúng em chỉ nghiên cứu một bộ phận trong cấu tạo của xe điện, và cụ thể là hệ thống
truyền lực của xe. Hệ thống truyền lực giữ vai trò quan trọng trong việc chuyển động của ơ tơ,
nó thể hiện sức mạnh, khả năng chịu tải và vận hành trong những điều kiện đường sá khác
nhau. Trong khn khổ đồ án, nhóm chúng em đã khảo sát thực tế và nhận được nhiều sự quan
tâm về việc sử dụng ô tô điện trong đô thị như là một giải pháp để hạn chế khói bụi ơ nhiễm
và thân thiện với mơi trường hơn. Vì mục tiêu trên, nhóm chúng em được thầy giáo ThS. Vũ
Đình Huấn hướng dẫn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống truyền lực cho xe điện
đô thị cỡ nhỏ”. Đây là một đề tài vừa có tính lý thuyết, vừa có thể ứng dụng thực tế nên rất
thiết thực đối với sinh viên.
Bằng sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm và đặc biệt là sự hướng dẫn tận
tình của thầy giáo ThS. Vũ Đình Huấn, chúng em đã hồn thành đồ án đúng thời hạn. Mặc dù
đã rất cố gắng nhưng do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ cịn nhiều hạn chế nên khơng
thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý

11


thầy cơ để đồ án này hồn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Vũ
Đình Huấn cùng tồn thể giảng viên trong khoa cơ khí động lực đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng
em thực hiện đồ án trong thời gian qua.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ….. năm …..
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Thành Lộc

Đặng Việt Tân
Trừ Thành Tâm

12


TĨM TẮT
Ơ tơ điện được ra đời lần đầu tiên vào năm 1834, nhưng do những hạn chế về công
nghệ ắc quy và đặc biệt là do sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ động cơ đốt trong, ô tô điện
đã dần bị thay thế và hầu như không còn tồn tại. Tuy nhiên trong những thập kỉ gần đây, hai
vấn đề lớn của nhân loại là ô nhiễm mơi trường do khí thải và an ninh năng lượng do sự hữu
hạn của các nguồn năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ, và khí đốt) đã dần trở nên bức
thiết. Người ta bắt đầu quan tâm trở lại đến ô tô điện như một giải pháp hữu hiệu cho các vấn
đề này.
Thầy Vũ Đình Huấn của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
đã có nghiên cứu về đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống truyền lực cho xe điện
đô thị cỡ nhỏ” và cho thấy được kết quả khả quan. Qua đó, nhóm chúng em sẽ thực hiện tính
tốn, lựa chọn các thông số của hệ thống truyền lực cho phù hợp với xe điện đô thị cỡ nhỏ để
ngày càng hoàn thiện hơn và ứng dụng phương tiện này vào thực tế.
Nội dung đề tài bao gồm:
-

Tính tốn các thông số trong hệ thống truyền lực của xe điện trong từng trường

hợp cụ thể để kiểm nghiệm xem xe có đủ khả năng vận hành trên đường hay khơng.
-

Tính toán bền cho phần khung sàn xe.

-

Xây dựng và lắp ráp hệ thống truyền lực cho ô tô điện cỡ nhỏ của thầy Vũ Đình

Huấn.
Phương pháp nghiên cứu:
-

Kế thừa những cơ sở lý thuyết và mơ hình của thầy Vũ Đình Huấn để xây dựng

mơ hình mới.
-

Sử dụng các tài liệu liên quan, tài liệu tham khảo để thiết kế, tính tốn các thơng

số cho hệ thống truyền lực.
-

Dựa vào những kết quả, số liệu tính tốn để đưa ra hướng cải tiến, phục vụ

nghiên cứu thực nghiệm.

13


MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................................... 3
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................... 4
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................... 7
XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN .................................................................... 10

LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... 11
TÓM TẮT................................................................................................................ 13
MỤC LỤC ............................................................................................................... 14
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ............................................. 16
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... 18
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... 20
Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ......................................................................... 21
1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài ............................................................................... 21
1.2. Vấn đề năng lượng và ô nhiễm môi trường ................................................. 22
1.2.1. Năng lượng mặt trời ................................................................................ 22
1.2.2. Nhiên liệu sinh học .................................................................................. 23
1.2.3. Các loại khí LPG, CNG ........................................................................... 24
1.2.4. Pin nhiên liệu........................................................................................... 24
1.2.5. Ơ tơ chạy điện......................................................................................... 25
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ Ơ TƠ ĐIỆN ............................................................ 26
2.1. Cấu hình của ơ tơ điện .................................................................................. 26
2.2. Lựa chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực ......................................... 29
2.2.1. Phương án I: Dùng trục cac-đăng. .......................................................... 30
2.2.2. Phương án II: Không dùng trục cac-đăng................................................ 31
Chương 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CHO Ô TÔ ĐIỆN CỠ NHỎ . 32
3.1. Khảo sát nhu cầu sử dụng xe điện trong đô thị tại Việt Nam .................... 32
3.2. Phân bố trọng lượng ô tô .............................................................................. 34
3.2.1. Trường hợp không tải .............................................................................. 36
3.2.2. Trường hợp đầy tải .................................................................................. 36
14


3.3. Xác định công suất của động cơ điện và nguồn ăc quy............................... 37
3.3.1. Xác định các thông số của động cơ điện .................................................. 37
3.3.2. Moment của động cơ trong trường hợp leo dốc cực đại ........................... 41

3.3.3. Xác định công suất động cơ ..................................................................... 42
3.3.4. Chọn động cơ điện cho xe thiết kế ........................................................... 42
3.3.5. Xác định các thông số cho bộ nguồn ăcquy ............................................. 46
3.3.6. Thời gian sử dụng và thời gian sạc .......................................................... 48
3.4. Tính tốn các thông số động học của ô tô điện............................................ 50
3.4.1. Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực chính ................................ 50
3.4.2. Khả năng leo dốc của xe điện – độ dốc cực đại ....................................... 51
3.4.3. Vận tốc cực đại dựa trên số vòng quay cực đại của động cơ.................... 52
3.4.4. Tính tốn lại các thơng số với tỉ số truyền thực của hộp số...................... 53
3.4.5. Phương án cải thiện tốc độ bằng cách giảm tỉ số truyền .......................... 53
3.5. Hộp sạc và hộp điều khiển ........................................................................... 54
Chương 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC SAU KHI THỰC HIỆN ĐỒ ÁN ................. 60
4.1. Kết quả thu được sau khi nghiên cứu thiết kế ............................................ 60
4.2. Đánh giá hệ thống truyền lực của Đồ án ..................................................... 67
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 68
5.1. Kết luận ......................................................................................................... 68
5.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 68
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 69

15


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
EV: Electric Vehicle: xe điện
LPG: Liquefied Petroleum Gas: khí dầu mỏ hóa lỏng
CNG: Compressed Natural Gas: khí nén thiên nhiên
ICE: Internal Combustion Engine: động cơ đốt trong
DC: Direct Current: dòng điện một chiều
AC: Alternative Current: dòng điện xoay chiều

Fk: lực kéo (N)
Ff: lực cản lăn (N)
Fi: lực cản lên dốc (N)
Fω: lực cản gió (N)
Fj: lực qn tính (N)
G: Trọng lượng tồn bộ của xe (N)
g: gia tốc trọng trường, g = 10 (m/s)
α: góc dốc mặt đường (độ)
f: Hệ số cản lăn
j: gia tốc tịnh tiến của ô tô (m/s)
Cx: Hệ số cản khơng khí (Ns2/m4)
S: Diện tích cản khơng khí (m2)
v: vận tốc (m/s)
Me: Moment động cơ (Nm)

16


rb: bán kính bánh xe (m)
η: hiệu suất của hệ thống truyền lực
Pe: cơng suất động cơ (kW)
n: số vịng quay động cơ (vòng/phút)
U: hiệu điện thế (V)
λ: hệ số tỉ lệ khối lượng
t: thời gian sử dụng (s)
ts: thời gian sạc (s)
ih: tỉ số truyền

17

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: C – Max Solar Energy của Ford………………………………………………….23
Hình 2.1: Cấu hình của ơ tơ điện hiện đại……………………………………………………27
Hình 2.2: Các kiểu cấu trúc ơ tơ điện……………………………………………………….28
Hình 2.3: Hệ thống truyền lực dùng các đăng……………………………………………… 30
Hình 2.4: Bố trí động cơ tích hợp trên cầu xe………………………………………………31
Hình 3.1: Tỉ lệ số người muốn thay đổi phương tiện đi lại bằng ơ tơ điện……………………32
Hình 3.2: Thời gian sạc cho xe điện…………………………………………………………32
Hình 3.3: Quãng đường di chuyển mong muốn…………………………………………….33
Hình 3.4: Vận tốc lớn nhất mong muốn…………………………………………………….33
Hình 3.5: Số chỗ ngồi mong muốn………………………………………………………….34
Hình 3.6: Các lực tác dụng lên xe trường hợp tổng quát…………………………………...38
Hình 3.7: Các loại động cơ điện…………………………………………………………….43
Hình 3.8: Đường đặc tính của các loại động cơ điện………………………………………..44
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập……………………………..45
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp…………………………...45
Hình 3.11: Sơ đồ ngun lý động cơ một chiều kích từ song song………………………..45
Hình 3.12: Sơ đồ ngun lý động cơ một chiều kích từ hỗn hợp…………………………..45
Hình 3.13: Đường đặc tính tự nhiên của động cơ DC kích từ nối tiếp……………………..46
Hình 3.14: Sơ đồ đấu nối ăc quy……………………………………………………………48
Hình 3.15: Motor sử dụng trên xe…………………………………………………………..49
Hình 3.16: Ắc quy chính được sử dụng trên xe…………………………………………….50

18


Hình 3.17: Các bánh răng trong hộp giảm tốc……………………………………………...52
Hình 3.18: Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực………………………………………………..55
Hình 3.19: Sơ đồ mạch điện DC – DC tăng cường…………………………………………56

Hình 3.20: Sơ đồ mạch điện DC – DC 4 kênh……………………………………………...56
Hình 3.21: Sơ đồ mạch điện DC – DC tồn phần…………………………………………..57
Hình 3.22: Mạch chuyển đổi AC – DC……………………………………………………..57
Hình 3.23: Mạch chuyển đổi AC-DC trên xe điện đơ thị…………………………………..58
Hình 3.24: Mạch điện động cơ……………………………………………………………..59
Hình 4.1: Bộ chuyển đổi dịng điện………………………………………………………...60
Hình 4.2: Bên trong hộp sạc pin xe điện……………………………………………………61
Hình 4.3: Hộp giảm tốc……………………………………………………………………..62
Hình 4.4: Các bánh răng trong hộp giảm tốc……………………………………………….63
Hình 4.5: Động cơ điện……………………………………………………………………..63
Hình 4.6: Bộ bình ăc quy……………………………………………………………………64
Hình 4.7: Bình phụ tải………………………………………………………………………64
Hình 4.8: Vị trí động cơ trên xe…………………………………………………………….65
Hình 4.9: Hình ảnh tổng quan của xe khi hoàn thành………………………………………65

19


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Phân bố trọng lượng ô tô khi không tải……………………………………….….36
Bảng 3.2: Phân bố trọng lượng ô tô khi đầy tải……………………………………….…….37
Bảng 3.3: Bảng hệ số cản lăn f ứng với v <= 80km/h……………………………………....39
Bảng 3.4: Hệ số cản và diện tích cản khơng khí…………………………………………….41
Bảng 4.1: Các thơng số kỹ thuật của xe tính tốn…………………………………………...66
Bảng 4.2: Các thơng số kỹ thuật của xe thực tế………………………………..……………67

20


Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài
Hiện nay trên thế giới, hai vấn đề đang rất được quan tâm là năng lượng và ô nhiễm, vì
tính cấp bách của chúng mà các quốc gia phát triển đang tìm cách khắc phục những hậu quả
mà chúng gây ra. Một trong những nguyên nhân lớn của việc gây ra ô nhiễm môi trường đến
từ các phương tiện giao thông, mà đặc biệt là ô tô. Nhu cầu sử dụng ô tô ngày một cao, ở nước
ta số lượng ô tô tham gia giao thông đang tăng lên từng ngày. Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến
các hệ quả về nguồn năng lượng truyền thống đang cạn kiệt và môi trường bị ô nhiễm nghiêm
trọng. Vậy nên cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ô tô đang rất được quan tâm.
Theo xu hướng hiện nay thì có những giải pháp cho ơ tơ như là cải thiện động cơ Diesel, sử
dụng các loại khí LPG (khí dầu mỏ hóa lỏng), CNG (khí nén thiên nhiên), nhiên liệu sinh học
(xăng E5), hoặc là sử dụng năng lượng mặt trời, pin nhiên liệu, điện…
Sự phát triển của ô tô sử dụng điện và pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng phát triển,
hoàn thiện các loại động cơ đốt trong truyền thống và sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học, các
loại khí nén để thay thế xăng dầu đang sử dụng làm giảm ô nhiễm môi trường. Yếu tố cần
quan tâm là làm sao để giảm lượng NOx thải ra ngồi – ngun nhân chính dẫn đến ơ nhiễm
mơi trường của ơ tơ. Theo như nhóm tìm hiểu các kết quả nghiên cứu thì kỹ thuật làm giảm
NOx bằng việc sử dụng nhiên liệu sinh học, khí nén hay là cải thiện động cơ Diesel rẻ hơn so
với sử dụng pin nhiên liệu trong vài năm tới. Nhưng trong tương lai thì xe chạy hồn tồn
bằng điện sẽ là xu thế tất yếu trong việc tìm giải pháp thay thế cho ô tô truyền thống để giải
quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt.
Đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống truyền lực cho xe điện đơ thị cỡ nhỏ”
là một đề tài mang tính khảo sát tính khả thi của xe điện phục vụ nhu cầu di chuyển những
quãng đường ngắn trong thành phố, tạo điều kiện để phát triển và chế tạo ra một kiểu ô tô điện
phù hợp với điều kiện đường sá, khí hậu cùng với nhu cầu của người sử dụng ô tô ở nước ta.
Qua đó góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường do ô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây ra
và tiết kiệm nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt đó.

21

1.2. Vấn đề năng lượng và ơ nhiễm mơi trường
Ơ nhiễm môi trường là vấn đề cấp bách của cả thế giới chứ không phải chỉ riêng một
quốc gia nào. Môi trường đang ngày càng biến đổi theo chiều hướng tiêu cực ảnh hưởng đến
đời sống con người và những sinh vật ở khắp mọi nơi. Con người đang khai thác hàng tỉ tấn
dầu mỏ, khí đốt hàng năm và đồng thời cũng thải ra môi trường một khối lượng lớn các chất
thải như chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp, khí thải từ các phương tiện
giao thơng. Đặc biệt là các loại khí độc hại như NOx, CO2, CH4… gây hiệu ứng nhà kính.
Nguồn gây ô nhiễm chủ yếu đến từ hoạt động sử dụng, đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch, các
hoạt động công nghiệp và các phương tiện giao thông dùng động cơ đốt trong.
Theo như dự báo thì nguồn năng lượng hóa thạch đang sắp hết, và trong khoảng 30 –
40 năm nữa thì trữ lượng dầu thơ sẽ cạn kiệt. Vấn đề tiết kiệm nguồn năng lượng và đa dạng
hóa nhiên liệu đang là vấn đề cấp bách buộc các nước phát triển phải quan tâm, các nhà khoa
học cũng đang nghiên cứu để sử dụng những nguồn năng lượng thay thế đáp ứng nhu cầu của
con người. Dưới đây là một số nguồn năng lượng thay thế đã, đang và sẽ được sử dụng trong
tương lai áp dụng trong lĩnh vực ô tô.
1.2.1. Năng lượng mặt trời
Ở các hãng xe ô tô lớn, người ta đang từng ngày nỗ lực cải tiến và phát triển xe ô tô
điện kết hợp với năng lượng mặt trời. Ví dụ như hãng BMW đang nghiên cứu nâng cấp dịng
xe điện của mình bằng một phiên bản concept i8 dùng năng lượng mặt trời. Hay hãng xe Ford,
mẫu xe C-Max Solar Energy concept cũng là một minh chứng về sự quan tâm của hãng đến
các dòng xe điện, năng lượng mặt trời từ rất sớm (năm 2013). Ở Đức, công ty Sono Motor cho
ra mắt chiếc SION sử dụng hoàn toàn năng lượng mặt trời để hoạt động. Xung quanh thân xe
ô tô gắn rất nhiều những tấm pin mặt trời để có thể hấp thụ tối đa nguồn năng lượng từ mặt
trời, ngoài ra xe cũng được trang bị dây sạc để nạp lại pin trong trường hợp cần thiết.

22


Hình 1.1: C – Max Solar Energy của Ford
Nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới nên rất thuận tiện cho việc khai thác và sử dụng

năng lượng mặt trời. Nhưng nguồn năng lượng này mới chỉ được ứng dụng trong sinh hoạt
chứ chưa được nghiên cứu, lắp đặt trên ô tô sử dụng như nguồn năng lượng chính. Hiện nay
việc chế tạo ô tô sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta chỉ dừng ở mức các dự án, nghiên cứu
của học sinh sinh viên, hay là các xe điện dùng pin năng lượng mặt trời ỏ các khu cơng nghệ,
khu du lịch với số lượng ít, chưa được phổ biến sử dụng đại trà.
1.2.2. Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học hiện nay được sử dụng nhiều là cồn (Ethanol), dầu Diesel sinh học
(Biodiesel). Ethanol là nhiên liệu dạng lỏng, dễ cháy, được dùng làm phụ gia cho xăng. Do
thành phần C trong nhiên liệu thấp nên q trình cháy sinh ra ít CO2 hơn xăng dầu thông
thường. Đối với các động cơ hiện đại ngày nay thì hỗn hợp cồn pha xăng với tỉ lệ cồn lên tới
85% có thẻ sử dụng được. Brazil đang là quốc gia tiên phong trong sản xuất và sử dụng loại
xăng này. Ở nước ta cũng đang sử dụng xăng pha cồn nhưng với thỉ lệ cồn thấp 5% gọi là
xăng E5, Nhà nước khuyến khích người dân sử dụng loại xăng này để hạn chế gây ô nhiễm
môi trường. Biodiesel là loại nhiên liệu được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật có kết
hợp cồn Ethanol. Tuy khơng chứa thành phần dầu mỏ nhưng Biodiesel có thể trộn lẫn vào dầu

23


Diesel thông thường trở thành nhiên liệu cho xe. Dầu Diesel sinh học được đánh giá là loại
nhiên liệu sạch, sử dụng dầu Diesel sinh học còn mang đến lợi ích cho các quốc gia không
phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ.
1.2.3. Các loại khí LPG, CNG
Hiện nay nhiều khu vực, nhiều quốc gia trên thế giới đang sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng
LPG hoặc khí nén thiên nhiên CNG để làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông như là
một giải pháp cho việc bảo vệ môi trường vì chúng có những ưu điểm như chi phí rẻ hơn xăng,
ít gây ơ nhiễm mơi trường… Tại Việt Nam, công việc lắp đặt và sử dụng CNG đã phát triển
từ năm 2010. Với mật độ xe tham gia giao thơng ngày càng nhiều thì sử dụng CNG cho ô tô
là một phương pháp hữu hiệu để hạn chế thải ra môi trường NOx, CO,… và hầu như không
phát sinh bụi. Tập đồn Dầu khí Việt Nam đã ban hành Nghị quyết số 2958/NQ-DKVN thông

qua việc chuyển đổi và sử dụng nhiên liệu khí nén CNG cho tồn bộ xe ô tô tại các đơn vị
thành viên của tập đoàn trên địa bàn TPHCM và tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu. Theo đó, tập đồn
giao cho PV Gas và Gas South lập và trình các cấp có thẩm quyền phê duyệt phương án chuyển
đổi và sử dụng khí nén CNG cho xe ô tô của các đơn vị thành viên trong ngành. Đồng thời,
PV Gas và PV Gas South phải nhanh chóng tiến hành đầu tư lắp đặt bộ chuyển đổi và sử dụng
CNG cho xe ô tô, đầu tư xây dựng trạm nạp khí CNG và bán khí CNG cho các đơn vị thành
viên trong ngành trên tinh thần đảm bảo thuận tiện, an toàn và hiệu quả kinh tế cho người sử
dụng[1]. Tiêu biểu cho ô tô sử dụng khí nén thiên nhiên CNG là tuyến xe buýt số 8 ở TPHCM
sử dụng hoàn toàn CNG làm nhiên liệu cho xe.
1.2.4. Pin nhiên liệu
Trong những thập kỷ gần đây, sự ứng dụng pin nhiên liệu trên các xe được quan tâm
chú ý. Trái ngược với ắc quy hóa học, pin nhiên liệu sinh ra điện năng hơn là dự trữ năng
lượng, và nó được duy trì khi việc cung cấp nhiên liệu được duy trì. So sánh với một ắc quy
cơng suất của xe điện (EV), thì xe sử dụng pin nhiên liệu có ưu điểm là phạm vi hoạt động dài
hơn mà không cần tốn thời gian dài để nạp ắc quy. So sánh với xe sử dụng động cơ đốt trong
(ICE), thì nó có hiệu suất năng lượng cao hơn và có mức độ khí xả thấp hơn nhiều do sự

24


chuyển đổi một cách trực tiếp từ năng lượng tự do của nhiên liệu thành năng lượng điện mà
không cần phải đưa vào đốt.[2]
Nhưng việc sử dụng pin nhiên liệu cho ơ tơ vẫn cịn gặp khó khăn rất nhiều trong việc
thiết kế và lắp đặt trên xe. Hơn nữa giá thành khi sử dụng pin nhiên liệu vẫn đắt hơn dùng
xăng dầu truyền thống nên giải pháp này vẫn còn xa vời trong việc sử dụng các loại nhiên liệu
thay thế cho ơ tơ.
1.2.5. Ơ tơ chạy điện
Ưu điểm rõ rệt nhất của ô tô chạy điện là không khói bụi, sạch tuyệt đối đối với mơi
trường trong thành phố. Bên cạnh đó cịn giúp giảm tiếng ồn, tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa
thạch đang cạn kiệt dần.

Nhưng ơ tơ điện cũng gặp khơng ít những khó khăn trong việc phổ biến dùng đại trà.
Về mặt kỹ thuật thì năng lượng dự trữ của xe điện thấp, thời gian sạc điện lâu hơn so với việc
tiếp nhiên liệu của ô tô truyền thống. Trong giai đoạn đầu của việc phát triển, ơ tơ điện cịn
hạn chế về mặt qng đường di chuyển, cơ sở hạ tầng để sạc điện hay thay nguồn điện cho ơ
tơ. Tuy có ưu điểm khơng thải ra những khí độc nhưng ít nhiều ơ tô điện cũng phụ thuộc vào
công nghệ chế tạo ra điện. Hiện nay phần lớn điện năng chúng ta đang sử dụng được sản xuất
từ các nhà máy nhiệt điện chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu, than đá nên phần nào đó xe điện
cũng khơng giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm môi trường. Nhưng theo như thống kê thì ngay
cả khi tất cả ơ tơ điện sử dụng nguồn điện từ các nhà máy nhiệt điện, nó vẫn giúp cắt giảm
một phần lớn lượng khí thải CO2 trên Trái Đất. Với ô tô điện sử dụng nguồn điện sạch từ nhà
máy thủy điện, điện nguyên tử, năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió thì lượng khí
CO2 thải ra ít hơn tổng lượng khí thải mà ô tô chạy bằng động cơ đốt trong như hiện nay. Tóm
lại, cho dù trong trường hợp tệ nhất - cách nào đó chúng ta vẫn lệ thuộc phần lớn vào các nhà
máy nhiệt điện để sản xuất điện năng – ô tô điện vẫn “sạch” hơn so với ô tô chạy bằng xăng
dầu. Trong tương lai, với những lợi ích khơng nhỏ của xe điện nói chung, đặc biệt là ơ tơ điện
thì đây vẫn là sự lựa chọn số 1 của con người khi mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải
tiến, hồn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ.

25


Chương 2. TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN
Xe điện (Electric vehicle) sử dụng một motor điện để cung cấp lực kéo và dùng ắc quy,
pin nhiên liệu, siêu tụ cùng với bánh đà làm nguồn cung cấp năng lượng. Xe điện có nhiều ưu
điểm hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong như: khơng có khí xả, hiệu suất cao, không sử
dụng đến dầu mỏ và hoạt động êm dịu, không ồn. Nguyên lý hoạt động và chức năng của xe
điện và xe dùng động cơ đốt trong thì tương đương nhau, tuy nhiên có vài điểm khác nhau
như sử dụng thùng nhiên liệu thay vì ắc quy, động cơ đốt trong thay vì motor điện, và yêu cầu
về hộp số khác nhau.
2.1. Cấu hình của ơ tơ điện

Trước đây, các xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ các ô tô thông thường bằng cách
thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu với một động cơ điện và pin trong khi giữ lại
tất cả các thành phần khác. Cách làm này có những nhược điểm như: khối lượng lớn, tính linh
hoạt và hiệu suất thấp là những nguyên nhân làm cho xe điện khó áp dụng rộng rãi. Hiện nay,
ô tô điện hiện đại được tạo ra có chủ ý dựa vào nguyên bản của thân và khung sườn được thiết
kế riêng. Điều này đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc duy nhất cho ô tô và làm cho các nguồn
động lực đẩy bằng điện được sử dụng linh hoạt hơn.
Một ô tô điện cơ bản gồm ba hệ thống chủ yếu: hệ động lực điện, hệ thống năng lượng
và hệ thống phụ trợ.
+ Hệ động lực điện bao gồm: Hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơ
điện, truyền động cơ khí và bánh chủ động.
+ Hệ thống năng lượng bao gồm: nguồn năng lượng, bộ phận quàn lý năng lượng, và
bộ phận tiếp năng lượng điện.
+ Hệ thống phụ trợ bao gồm: trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ.
Dựa trên các yếu tố dầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thống
điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện có chức
năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng. Những nguồn năng lượng
được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng lượng chính. Hầu hết pin
EV dễ dàng có khả năng tiếp nhận nguồn năng lượng tái sinh này.

26


Hình 2.1: Cấu hình của ơ tơ điện hiện đại
Bộ phận quản lý năng lượng cùng với bộ phận điều khiển kiểm soát hoạt động
phanh tái sinh và phục hồi năng lượng của nó. Nó cũng kết hợp với các bộ phận tiếp
năng lượng để kiểm sốt q trình này và giám sát việc sử dụng các nguồn năng
lượng.
Nguồn cung cấp năng lượng phụ có chức năng cung cấp năng lượng cần thiết
với các điện áp khác nhau cho tất cả các thành phần phụ của xe như: điều hòa khơng

khí, trợ lực lái, hệ thống đèn chiều sáng...
Ơ tơ điện có các cấu trúc khác nhau do sự thay đổi của hệ thống truyền động và nguồn
năng lượng, được thể hiện qua một số kiểu dưới đây:

27


Hình 2.2: Các kiểu cấu trúc ơ tơ điện
DC: động cơ điện

HS: hộp số

VS: vi sai

GT: hộp giảm tốc

(a): Kiểu này có một động cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong với bộ truyền lực
được giữ nguyên gồm một ly hợp, một hộp số bánh răng, một vi sai. Ly hợp và hộp số thường
có thể thay thế bằng hộp số tự động. Ly hợp được dùng để kết nối hoặc ngắt dịng cơng suất
từ motor điện đến các bánh xe chủ động. Hộp số thường cung cấp các tỷ số truyền khác nhau
để thay đổi biên độ tốc độ – công suất (mômen) cho phù hợp với yêu cầu về tải trọng. Vi sai
là một thiết bị cơ khí (thường là một bộ bánh răng hành tinh), nó cho phép các bánh xe chủ
động ở hai bên quay với tốc độ khác nhau khi xe chạy qua vịng cua.
(b): Với một motor điện có cơng suất khơng đổi trong một phạm vi tốc độ rộng thì một
hệ bánh răng cố định có thể thay thế cho hộp số đa cấp và khơng cần thiết có ly hợp. Cấu trúc
này khơng chỉ giảm kích thước và trọng lượng của hộp số cơ khí mà cịn làm cho việc điều

28

khiển hệ thống truyền lực đơn giản hơn bởi vì cần số thì khơng cần thiết nữa.
(c): Hệ thống truyền lực tương tự như kiểu (b), một động cơ điện, hệ bánh răng cố định
và vi sai có thể được tích hợp thành một một cụm trong khi hai đầu trục hai bên dẫn động các
bánh hai bên tương ứng. Cả hệ thống truyền lực trở nên đơn giản hơn và gọn gàng hơn.
(d): Vi sai cơ khí được thay thế bằng hai motor kéo độc lập. Mỗi motor dẫn động một
bên bánh xe và hoạt động tại tốc độ khác nhau khi xe chạy qua vòng cua.
(e): Để làm đơn giản hơn hệ thống truyền lực, motor kéo có thể được đặt cạnh bánh xe.
Sự bố trí đó được gọi là dẫn động tại bánh xe. Một hệ bánh răng hành tinh mỏng được dùng
để giảm tốc độ động cơ xuống và tăng mômen kéo cho motor. Hệ bánh răng thành tinh có ưu
điểm là cho tỷ số giảm tốc cao cũng như một sự bố trí thẳng hàng từ trục vào tới trục ra.
(f): Loại bỏ hoàn toàn cơ cấu cơ khí giữa motor điện và bánh xe chủ động, thay vào đó
đầu ra rotor của motor điện tốc độ thấp đặt trong bánh xe chủ động và được nối trực tiếp dẫn
động bánh xe. Điều khiển tốc độ motor điện tức là điều khiển tốc độ bánh xe và do đó điều
khiển tốc độ xe. Tuy nhiên, sự bố trí này u cầu motor điện phải có mômen xoắn cao để khởi
động và tăng tốc cho xe.
2.2. Lựa chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực
Bố trí hệ thống truyền lực với cầu sau chủ động thì có những ưu điểm như: tầm quan
sát của người lái tốt hơn, phân bố trọng lượng trên cầu sau lớn hơn cầu trước nên khả năng leo
dốc và di chuyển trên đường trơn trượt tốt hơn, cách âm tốt hơn cho người lái.
Bên cạnh đó thì cũng có nhược điểm như động cơ đặt sau nên người lái sẽ nguy hiểm
hơn khi xảy ra va chạm từ đằng trước. Tải trọng trên cầu sau lớn hơn làm xe có khuynh hướng
quay vòng thừa nên kém ổn định ở tốc độ cao, chiều dài các bộ phận điều khiển lớn , phải có
đường ngầm xuyên qua xe nên sàn xe khơng được bằng phẳng. Với các ưu nhược điểm trên
thì bố trí cầu sau chủ động phù hợp với các dòng xe cỡ nhỏ với tốc độ thấp.
Hệ thống truyền lực bố trí với cầu trước chủ động có ưu điểm: người lái an toàn hơn,
ổn định hơn, khả năng vượt chướng ngài vật tốt hơn cầu sau chủ động. Nhược điểm: khả năng
leo dốc kém hơn… Do các ưu nhược điểm như vậy thì cầu trước chủ động phù hợp với các
loại xe có tốc độ cao.

29

Đối với xe điện mà nhóm thiết kế, tốc độ tối đa mong muốn chỉ khoảng 50km/h, phù
hợp với việc sử dụng trong đơ thị nên nhóm đã lựa chọn bố trí hệ thống truyền lực với cầu sau
chủ động.
Đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều gần giống với đường đặc tính kéo lý
tưởng của ơ tơ, đồng thời động cơ điện có thể đổi chiều quay dễ dàng nên chúng ta có thể thiết
kế hệ thống truyền lực mà không cần hộp số như ở động cơ đốt trong. Để giảm thiểu tối đa
các chi tiết, giảm trọng lượng xe, đơn giản hóa hệ thống truyền động điện trên xe nên nhóm
khơng sử dụng ly hợp, hộp số nhiều cấp mà chỉ có motor điện, hệ bánh răng cố định và vi sai,
các bán trục. Như vậy, hệ thống truyền lực của xe này được thiết kế theo một số phương án
sau:
2.2.1. Phương án I: Dùng trục cac-đăng.
Thiết kế lại truyền lực chính với tỉ số truyền theo yêu cầu.

Hình 2.3: Hệ thống truyền lực dùng cac-đăng

30


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, có thêm trục
cac đăng nên tăng khối lượng, cồng kềnh và giảm khoảng sáng gầm xe.
2.2.2. Phương án II: Khơng dùng trục cac-đăng.

Hình 2.4: Bố trí động cơ tích hợp trên cầu xe
Đặc điểm: Động cơ bố trí cố định trên cầu sau xe
Bố trí kiểu này giúp hệ thống truyền lực trở nên gọn gàng, ít chiếm khơng gian khoang
hành khách, giảm được khối lượng trục các đăng không cần thiết, dễ bố trí lắp đặt và thuận
lợi cho việc kiểm tra, bảo dưỡng về sau.

Kết luận: Theo như phân tích từ những phương án trên, để đơn giản hóa hệ thống
truyền lực, giảm bớt các chi tiết và dễ dàng sửa chữa thì nhóm đã quyết định chọn thiết kế
theo phương án động cơ đặt sau xe, không dùng trục cac-đăng.

31


Chương 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CHO Ô TÔ ĐIỆN CỠ NHỎ
3.1. Khảo sát nhu cầu sử dụng xe điện trong đô thị tại Việt Nam
Trước khi bắt đầu nghiên cứu và chế tạo ơ tơ điện, nhóm chúng em đã thực hiện một
khảo sát về nhu cầu sử dụng xe điện đô thị nhằm đảm bảo sản phẩm của đề tài sau khi hồn
thành sẽ mang tính thực tế và đáp ứng được nhu cầu của người dùng. Dưới đây là kết quả mà
nhóm nhận được của việc khảo sát từ 251 câu trả lời:

Hình 3.1: Tỉ lệ số người muốn thay đổi phương tiện đi lại bằng ơ tơ điện

Hình 3.2: Thời gian sạc cho xe điện

32


Hình 3.3: Quãng đường di chuyển mong muốn

Hình 3.4: Vận tốc lớn nhất mong muốn

33


Hình 3.5: Số chỗ ngồi mong muốn
Kết luận: Vậy qua khảo sát ta có thể thấy nhu cầu của người sử dụng là muốn sở hữu

một chiếc ô tô điện cỡ nhỏ (4 chỗ), di chuyển trong thành thị nên vận tốc tối đa từ 40 – 80
km/h là hợp lý và thời gian cho một lần sạc điện là từ 3-5 giờ.
3.2. Phân bố trọng lượng ô tô
Sự phân bố trọng lượng lên các trục của ô tô thiết kế khi không tải và khi đầy 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.
* 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.
* Tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều cao hg:
Căn cứ vào giá trị các thành phần trọng lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, ta xác
định tọa độ trọng tâm của ô tô theo công thức:

34