THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG XE ĐIỆN BA BÁNH

LỜI CẢM ƠN
Dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn TS.Đàm Hoàng Phúc và Ths.Nguyễn
Thanh Tùng, sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô và xe
chuyên dụng, của Viện cơ khí động lực, cùng sự hỗ trợ của các bạn đồng nghiệp, tác
giả đã được thực hiện và hoàn thành được các nội dung nghiên cứu chính của đề tài.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các giáo viên hướng dẫn, tới tập thể các thầy giáo,
các cán bộ trong Bộ môn và Viện chuyên nghành, cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn đồng
nghiệp, trong thời gian thực hiện đồ án đã hết sức nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, hỗ trợ
và tạo điều kiện để đồ án đạt được những kết quả nhất định.
Do thời gian hạn chế, nội dung nghiên cứu trải rộng trên nhiều lĩnh vực khác
nhau nên không tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy,
các anh chị đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo.
Hà Nội, 01/01/2014
Nhóm tác giả
1
MỞ ĐẦU
Tiếp theo sự phát triển ô tô hybrid, ô tô điện đang được nhiều hãng ô tô nghiên
cứu phát triển nhằm khắc phục các yếu điểm của nhiên liệu hóa thạch về ô nhiễm môi
trường và tình hình cạn kiệt nguồn nhiên liệu.
Tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà
khoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách, nên chưa có nhiều
nghiên cứu về ô tô điện.
Ô tô điện nhằm cải thiện ô nhiễm môi trường, nhưng gặp phải khó khăn về vấn
đề cung cấp năng lượng điện để hoạt động. Ô tô điện có hai nhược điểm quan trọng là
năng lượng dữ trữ thấp và giá thành cao hơn. Các vấn đề cần cải thiện ở ô tô điện là
khả năng tăng tốc, bán kính sử dụng, vấn đề về nạp và thay mới nguồn năng lượng
điện.
Việc đặt các động cơ trong bánh xe cho phép ta điều khiển các bánh xe một
cách độc lập từ đó dẫn tới khả năng điều khiển lực kéo và điều khiển chuyển động của
xe một cách linh hoạt hơn. Quá trình chuyển động của xe sẽ được điều khiển thông qua
việc điều khiển công suất của các động cơ điện. Mặt khác, khi bố trí động cơ điện trong

bánh xe ta sẽ rút gọn được hệ thống truyền lực, giảm được khối lượng của xe, tăng thời
gian làm việc của pin. Do vậy, đồ án đã lựa chọn hướng nghiên cứu này để tìm hiểu,
khảo sát và mô phỏng về hệ truyền động trên ô tô điện. Vấn đề này đã được nhiều hãng
xe trên thế giới nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm như Volkswagen, Mercedes, Ford
Vấn đề tối ưu hóa hệ truyền động trên xe có ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm năng
lượng trên ô tô điện. Nếu xe hoạt động với hiệu suất cao, đồng nghĩa với việc năng
lượng sinh ra được tận dụng triệt để, giúp tiết kiệm năng lượng ở pin hoặc ắc quy, làm
tăng quãng đường đi được trên một lần nạp pin.
Đối tượng đồ án nghiên cứu là mô hình về ô tô điện ba bánh hoạt động trong
thành phố.

2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về ô tô điện
1.1.1. Sơ lược về lịch sử ô tô điện
a. Thời kỳ đầu
Ô tô điện không phải một khái niệm mới mà trên thực tế đã có lịch sử lâu đời.
Từ đầu thế kỷ 19, xe chạy bằng nguồn năng lượng điện đã có vị thế cạnh tranh tương
đương với xe chạy bằng động cơ hơi nước.
Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson người Scotland đã phát
minh ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên. Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ là
Thomas Davenport Và Scotsmen Robert Davidson trở thành những người đầu tiên đưa
ắc quy vào sử dụng cho ô tô điện. Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành công
trong việc nâng cao khả năng lưu trữ điện trong ắc quy, giúp cho xe điện có thể di
chuyển một quãng đường dài hơn. Pháp và Anh là hai quốc gia đầu tiên đưa ô tô điện
vào phát triển trong hệ thống giao thông vào cuối thế kỷ 18 [1].
Chiếc xe đua sử dụng động cơ điện
La Jamais Contente (1899)
Edison và chiếc xe Detroit (1914)
Hình 1.1. Ô tô điện thời kỳ đầu

b. Suy yếu và biến mất
Đến đầu thế kỷ 20, ô tô điện trở nên yếu thế so với ô tô sử dụng động cơ đốt
trong do những nguyên nhân chính sau:
3
- Vào thời điểm này, người ta đã tìm ra những mỏ dầu lớn trên thế giới dẫn đến
việc hạ giá thành của dầu và các sản phẩm dẫn xuất trên toàn cầu. Vấn đề nhiên liệu
cho xe chạy động cơ đốt trong trở nên đơn giản.
- Về giá thành, năm 1928, một chiếc xe chạy điện có giá khoảng 1750USD,
trong khi đó một chiếc xe chạy xăng chỉ có giá khoảng 650USD [1].
- Về mặt kỹ thuật, công nghệ chế tạo động cơ đốt trong và công nghiệp ô tô có
những tiến bộ vượt bậc: Charlé Kettering đã phát minh ra bộ khởi động cho xe chạy
xăng, Henry Ford đã phát minh ra các động cơ đốt trong có giá thành hạ,…
Kết quả là đến năm 1935, ô tô điện đã gần như biến mất do không thể cạnh tra được
với xe chạy động cơ đốt trong [1].
c. Sự trở lại và phát triển
Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với vấn đề
lớn mang tính toàn cầu:
- Vấn đề năng lượng: các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá
không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được. Các
phương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng này (xăng, dầu) chắc chắn
sẽ không tồn tại trong tương lai. Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rất linh
hoạt, nó có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó có các
nguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển, …Do vậy,
các phương tiện sử dụng điện là phương tiện của tương lai.
- Vấn đề môi trường: không khó để nhận ra rằng môi trường hiện nay đang bị ô
nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phương
tiện giao thông, đặc biệt là ô tô. Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàn
toàn không có khí thải.
Như vậy, ta thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn, đó là lý
do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỷ 20 trở lại đây và càng

ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học
trên toàn thế giới.
4
1.1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng ô tô điện
a. Tình hình sản xuất và sử dụng ô tô điện trên thế giới
* Hoa Kỳ
Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước, Hoa Kỳ đã quan tâm đến vấn đề ô
nhiễm môi trường do ô tô gây ra, Bang California đã khuyến khích các nhà sản xuất xe
máy và ô tô sản xuất các xe ô tô điện bằng chương trình Xe ít ô nhiễm (Low Emission
Vehicle Program). Những quy định pháp lý (tiêu chuẩn khí thải…) cùng hàng loạt ưu
đãi với người sử dụng các loại xe ít ô nhiễm tại Bang California (ưu đãi thuế, vay vốn,
đường ưu tiên tránh tắc đường…) đã khiến cho các nhà sản xuất xe tập trung phát triển
các xe ô tô điện.
Tất nhiên các xe ô tô điện sẽ được nạp điện từ lưới điện quốc gia sử dụng phần
lớn là các nhà máy nhiệt điện. Các nhà máy nhiệt điện này cũng sử dụng nhiên liệu hóa
thạch (khí, than đá, dầu mỏ) để phát điện. Như vậy là về bản chất năng lượng điện để
nạp cho xe điện cũng không phải là sạch. Đã có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành để
so sánh tương đương độ phát thải và hiệu suất sử dụng năng lượng giữa các động cơ
với nhau. Điển hình là nghiên cứu của Bauen and Hart in Hoogers đã sử dụng khái
niệm hiệu suất “từ giếng dầu tới bánh xe” (well to wheel) [1] để so sánh năng lượng
giữa các xe được trang bị động cơ với nhau. Một số kết quả và phân tích của tác giả
được trình bày trong hình 1.2, 1.3 và 1.4.
Hình 1.2. Mức độ phát thải khí CO
2
tương đương của các loại động cơ đốt trong và điện
5
Hình 1.3. Hiệu suất năng lượng tương đương của các loaị động cơ đốt trong và điện
Hình 1.4. Mức độ phát thải tương đương của các loại động cơ đốt trong và điện
6
Từ các kết quả thể hiện trên các đồ thị hình 1.2, 1.3 và 1.4 ta dễ dàng nhận thấy:

tất cả các dạng xe điện đều cho hiệu quả nhiên liệu cũng như sự phát thải tốt hơn nhiều
sơ với tất cả các dòng xe được trang bị động cơ đốt trong.
Trong chuyến thăm Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Ô tô điện Edison tại
California năm 2009, tổng thống Hoa Kỳ Barack Obama đã công bố một khoản đầu tư
2,4 tỷ Đô-la Mỹ cho việc thúc đẩy nghiên cứu ô tô điện. Khoản đầu tư này được phân
bố như hình 1.5.
Hình 1.5. Phân bổ khoản đầu tư cho nghiên cứu ô tô điện tại Hoa Kỳ từ năm 2009
Cấu hình cơ bản hệ truyền động bộ biến đổi - động cơ và hệ thống năng lượng
phân phối cho xe điện được diễn tả trong các hình 1.6 và 1.7.
Hình 1.6. Cấu hình cơ bản hệ truyền động cho xe điện
7
Hinh 1.7. Minh họa hệ thống năng lượng phân phối trong xe điện
Đây là những chìa khóa công nghệ chính của xe điện trong tương lai. Tuy nhiên,
một vấn đề vô cùng quan trọng khác là mô phỏng hoạt động của xe . Từ đó đưa ra hệ
thống chuẩn đoán và báo lỗi trên ô tô điện, giúp xe hoạt động an toàn và ổn định như
xe động cơ đốt trong. Ngoài ra, xe sẽ được tiết kiệm tối đa năng lượng trong các quá
trình tăng tốc, giảm tốc,…
* Châu Âu
Tại Châu Âu, xe plug-in hybrid và các bộ biến đổi điện tử công suất là những
vấn đề chính được quan tâm nghiên cứu. Ô tô điện lai (plug-in hybrid electric vehicle)
là loại xe sử dụng hỗn hợp cả năng lượng xăng và điện như tên gọi “hybrid”. Thuật
ngữ “plug-in” cho biết rằng xe có bộ nạp tích hợp sẵn, người dùng chỉ cần cắm điện
vào nguồn lưới dân dụng mà không cần một bộ nạp bên ngoài. Một số dòng xe hybrid
đã được lưu hành tại Việt Nam như Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Honda Civic
Hybrid, …
8
Hình 1.8. Cấu hình xe plug-in hybrid
9
* Nhật Bản
Tại Nhật Bản, các hãng ô tô lớn đang lần lượt đưa các mẫu xe thuần điện (pure

Evs) ra thị trường. Nissan “trống dong cờ mở” với Nissan Leaf, tuy vậy Mitsubishi mới
là hãng đầu tiên tung ra xe điện thương phẩm với i-MiEV. Xe i-MiEV đã được giới
thiệu ở Việt Nam tại triển lãm Ô tô Vietnam Motor Show 2010.
Để có thể đưa ra thị trường mẫu xe ô tô điện i-MiEV, hãng Mitsubishi Motors
đã mất hơn 40 năm nghiên cứu. Từ khi ấp ủ những ý tưởng đầu tiên về xe ô tô điện,
chính thức bắt đầu nghiên cứu từ năm 1966, cho đến nay, hãng Mitsubishi Motors đã
chế tạo ra 10 mẫu xe concept với hơn 500.000km chạy thử nghiệm trên toàn cầu. Lộ
trình nghiên cứu được cho trong hình sau [2]:
Hình 1.9. Lộ trình hơn 40 năm nghiên cứu ô tô điện của Mitsubishi Motors
Hình 1.10. Xe ô tô điện i-MiEV được đưa ra thị trường
Trong giới nghiên cứu, các trường đại học lớn ở Nhật Bản đều có những phòng
thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu về ô tô điện.
10
* Liên Bang Nga
Ở Liên Bang Nga, từ lâu người ta đã sử dụng xe công cộng chạy bằng điện để
giảm tải lượng khí thải và khắc phục tình trạng nhiên liệu xăng dầu đắt đỏ, khan hiếm.
Matxcova là một trong những số không nhiều siêu đô thị vẫn còn những chiếc tàu điện
chạy khắp Matxcova từ năm 1899, còn ô tô điện thì phục vụ hành khách từ năm 1933
hàng ngày, ô tô điện chuyên chở tới 3 triệu lượt người lưu thông. Tại thủ đô của Liên
Bang Nga còn có những chiếc ô tô tải điện, đưa tất cả các loại hàng hóa đa dạng tới
những cửa hiệu ở trung tâm thành phố.
Hiện nay xe ô tô điện chịu trách nhiệm chuyên chở người trong các sân bay
Matxcova, cũng như tại các địa điểm nghỉ ngơi - các công viên và triển lãm. Ông thị
trưởng Yuri Luzhkov chính là người nêu sáng kiến phát triển loại hình phương tiện
giao thông đáng tin cậy này. Phát biểu khi kiểm tra chất lượng của loại xe ô tô điện
mới xuất xưởng. Thị trưởng Yuri nhận xét: “ấn tượng rất tốt. Trong khi di chuyển, xe
có tốc độ khá đảm bảo. Mà tôi thì vốn là người ưa xe chạy nhanh. Độ năng động cũng
ổn, tôi cảm thấy tiện lợi ngay cả khi xe chạy vòng vèo trong khuôn viên tòa Thị Chính.
Nếu chúng ta tích cực chuyển sang loại hình giao thông dùng điện thì môi trường sinh
thái của thành phố sẽ được cải thiện đáng kể. Cần khuyến khích, ủng hộ những nghiên

cứu riêng trong ngành này [3]”.
* Hàn Quốc và Trung Quốc
Công nghệ truyền tải điện không dây ứng dụng trong xe điện được khai thác
mạnh mẽ bởi các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghẹ tiên tiến Hàn
Quốc (KAIST) với dự án chế tạo xe điện nạp năng lượng từ dưới đất trong suốt quá
trình hoạt động (OnLine Electric Vehicle-OLEV). Các sản phẩm xe bus điện thuộc dự
án này đang chạy thử nghiệm rất tốt trong khuôn viên của KAIST và Công viên Grand
Seoul [4].
11
Hình 1.11. Xe điện OLEV nạp điện không dây online tại KAIST
Trung Quốc không chỉ đầu tư sản xuất ô tô mà cả xe điện và họ đã thành công.
Rất nhiều tỉnh thành của quốc gia này đã sử dụng xe điện làm phương tiện vận tải công
cộng mang lại hiệu quả kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường. Đồng thời xe điện cũng
được sử dụng làm phương tiện vận tải trong các công viên, khu du lịch, khu thể thao.
Ngoài ra xe điện còn được xuất khẩu sang các nước trong khu vực.
Tại thành phố Thượng Hải, xe bus điện sử dụng siêu tụ của hãng SINAUTEC
đang gây tiếng vang mạnh mẽ. Siêu tụ được nạp nhanh chóng tại mỗi điểm dừng của
xe bus.
Hình 1.12. Xe bus điện sử dụng siêu tụ tại Thượng Hải
12
* Các nước trong khu vực
Trong số 11 nước ASEAN, chỉ có các nước sau đây phát triển ngành công
nghiệp ô tô của mình: Thailan, Indonexia, Malayxia, Philipin và Việt Nam. Trước
khủng hoảng tài chính khu vực, sản lượng ô tô thời hoàng kim của Thailan là 559.000
chiếc/năm; Indonexia là 788.876 chiếc/năm; Malayxia là 380.000 chiếc/năm; Philipin
là 162.000 chiếc/năm. Sản lượng lắp ráp ô tô Việt Nam năm 2005 là 44.555 chiếc/năm.
Tuy nhiên không một quốc gia nào trong số các nước trong khu vực đầu tư sản xuất xe
điện.
b. Tình hình ở Việt Nam
Ở Việt Nam, do tình trạng kỹ thuật kém của các phương tiện giao thông, ngành

giao thông đường bộ đang là một trong những ngành tiêu thụ nhiều năng lượng và gây
ô nhiễm lớn hiện nay. Do trữ lượng dầu thô của nước ta có hạn, sản lượng khai thác
giảm dần từ mức cao nhất là 20 triệu tấn năm 2005 xuống còn 13-15 triệu tấn những
năm gần đây. Theo tính toán của Viện Năng lượng, Bộ Công thương, từ năm 2015 trở
đi Việt Nam sẽ phải nhập khẩu dầu thô (IE2007). Điều này tạo ra áp lực ngày càng cao
lên an ninh cung cấp năng lượng cho giao thông vận tải.
Hình 1.13. Chỉ số sử dụng năng lượng của xe ô tô động cơ xăng và điện
13
Bên cạnh đó, như trên hình 1.13 vấn đề sử dụng động cơ đốt trong sẽ đặc biệt
nghiêm trọng khi xe chuyển động ở vận tốc thấp, lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ tăng
mạnh dẫn đến lượng khí thải cũng tăng theo và lãng phí nhiên liệu. Do vậy ở các thành
phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, khi tốc độ trung bình trong giờ cao điểm
thường dưới 20km/h, vấn đề môi trường và tiêu thụ nhiên liệu do các phương tiện giao
thông gây ra đã trở nên đặc biệt nghiêm trọng.
Như vậy ô tô điện là giải pháp tối ưu để bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninh
năng lượng quốc gia. Trên thế giới đã có những bước tiến lớn trong nghiên cứu chế tạo
ô tô điện - loại “phương tiện sạch của tương lai”. Do vậy để thu hẹp khoảng cách công
nghệ và bảo vệ môi trường cũng như đảm bảo an ninh năng lượng cho Việt Nam chúng
ta cần phải tiến hành nghiên cứu các công nghệ tiên tiến của ô tô điện và nhanh chóng
có được sản phẩm ban đầu phù hợp với điều kiện giao thông Việt Nam. Việc nghiên
cứu sản xuất ô tô điện là cơ hội cho chúng ta tiếp cận trực tiếp với xu thế mới, cũng
như góp phần bảo vệ môi trường của thế giới.
Hiện nay, nhu cầu về xe điện là nhu cầu có thật tại Việt Nam. Các nhà sản xuất
ô tô điện nước ngoài cũng đang xây dựng lộ trình để đưa sản phẩm của họ vào Việt
Nam. Một trong những ví dụ là hãng Mitsubishi-Nhật Bản. Nhà sản xuất này đã giới
thiệu xe chạy điện nổi tiếng của mình có tên i-MiEV tại triển lãm Việt Nam Motor
Show 2010. Xe i-MiEV sử dụng ắc quy lithium-ion và động cơ điện đồng bộ nam
châm vĩnh cửu công suất 47kW. Xe có thể chở 4 người, tốc độ tối da 130km/h. Theo
công bố thì giá bán xe trước thuế tại Nhật Bản là 47.544 USD.
* Nghiên cứu ô tô điện ở Việt Nam

Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì
tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được sự quan tâm thích đáng của các nhà khoa
học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách. Qua khảo sát tình hình những
năm vừa qua, có thể khẳng định rằng ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu nào thực sự
bài bản, khoa học và mang tính hệ thống về ô tô điện. Mục này của bản thuyết minh sẽ
lần lượt khảo sát những sản phẩm xe điện được nghiên cứu trong những năm vừa qua.
14
Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thử nghiệm đã
được nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và các nhà sáng chế không chuyên Việt
Nam. Năm 2004, ông Đặng Thế Minh với sự hỗ trợ của UBND tỉnh Lào Cai đã mua 10
chiếc Minibus của Trung Quốc và cho ra đời 5 chiếc Minibus Việt Nam với tốc độ
50km/h, chạy được 100km mỗi lần nạp, xe chở được 11 người. Sản phẩm này mang
tính sao chép đơn thuần, chế tác lại về mẫu mã và sau đó cũng không tiếp tục phát
triển. Năm 2008, ông Trần Văn Tâm sống tại Củ Chi - TP. Hồ Chí Minh đã tự nghiên
cứu và chế tạo xe điện 3 bánh có sức chở 3 người, tốc độ 35km/h, sử dụng động cơ một
chiều 48V-800W, 4 ắc quy 12V/50Ah, chạy 40km nạp một lần. Đây là thành công đáng
khích lệ đối với một nhà sáng chế nghiệp dư, tuy nhiên những chỉ tiêu chất lượng của
xe còn thấp, không thể sản xuất hàng loạt.
Bên cạnh những chế tác nghiệp dư cũng có những xe điện là sản phẩm từ công
trình nghiên cứu khoa học của sinh viên và giảng viên một số trường đại học. Năm
2005, nhóm sinh viên K29 khoa Cơ khí trường Đại học Cần Thơ đã chế tạo một xe
điện chạy bằng ắc quy năng lượng mặt trời. Xe có tải trọng 120kg, tốc độ 25km/h, sử
dụng 2 động cơ một chiều 250W, nguồn gồm 2 ắc quy nối với tấm ắc quy mặt trời.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời để nạp điện cho ắc quy là một hướng đi đáng ghi
nhận, tuy vậy nó chưa thể sử dụng cho ô tô điện.
Năm 2009, một xe điện tải trọng 2 tấn, tốc độ 10km/h sử dụng 2 động cơ một
chiều được chế tạo bởi nhóm giảng viên Học viện Kỹ thuật Quân sự. Xe này có tốc độ
rất thấp, không phù hợp cho ứng dụng giao thông.
Như vậy, trong khi thế giới đã có những bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo ô
tô điện, Việt Nam đến nay vẫn đứng ngoài dòng chảy của xu thế tất yếu này. Nếu

không nhanh chóng triển khai nghiên cứu, nước ta sẽ lại tiếp tục bị lệ thuộc vào nước
ngoài.
Một tín hiệu đáng mừng là năm 2008 ô tô điện đã được đưa vào danh mục sản
phẩm công nghệ cao của Bộ Khoa học và Công nghệ trình chính phủ.
Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Sáng tạo công nghệ, trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội là đơn vị tiên phong trong việc nghiên cứu bài bản về ô tô điện với đề tài
15
KC03-08. Đây là một đề tài khoa học được nghiên cứu trong trường đại học và nội
dung thực hiện được giới hạn trong việc nghiên cứu thiết kế chế tạo những thành phần
chính và cơ bản của ô tô điện là hệ truyền động và hệ điều khiển cho ô tô điện. Các
nghiên cứu và sản phẩm của đề tài bao gồm: biến tần, hệ truyền động động cơ điện, bộ
biến đổi DC/DC và bộ điều khiển trung tâm cho ô tô điện (đều chưa được nghiên cứu
trước đây tại Việt Nam). Các kết quả nghiên cứu này sẽ không chỉ được ứng dụng cho
ô tô điện mà còn có thể mở rộng cho các ứng dụng trong công nghiệp và năng lượng tái
tạo.
c. Một số loại ô tô điện đang được sử dụng
* Tại Việt Nam
Ô tô điện đang được sử dụng ở các khu du lịch, các khu vui chơi giải trí, các
bệnh viện.
Hình 1.14. Xe điện mui hở
16
* Tại Liên Bang Nga
Hình 1.15. Xe điện chạy trong thành phố ở Nga
* Những mẫu ô tô điện mới
Đây là một xe chạy hoàn toàn bằng điện, về kích thước thì nằm cùng phân khúc
với Toyota iQ và Smart ForTwo. Chỉ mất chưa đến 4 tiếng để sạc đầy điện cho xe.
Trong quá trình phát triển xe M.GO, hãng Microcar của Pháp tập trung vào trọng
lượng nhẹ và kích thước nhỏ nhằm tăng quãng đường xe chạy sau mỗi lần sạc đầy điện
mất chưa đầy 4 tiếng [5].
Tùy theo tốc độ và cách sử dụng, xe M.GO có thể chạy quãng đường 80-140km

sau mỗi lần sạc đầy điện. Tốc độ tối đa 45km/h chỉ phù hợp với nhu cầu di chuyển
trong đô thị
Hình 1.16. Xe-M.GO ra mắt tại triển lãm ô tô Paris 2008
17
Tên công ty Zap là viết tắt từ Zero Air Pollution, tức không ô nhiễm khí. Zap
tuyên bố sẽ sản xuất mẫu xe Zap-X với tốc độ tối đa đạt xấp xỉ 250km/h và có thể chạy
hơn 560km mới cần sạc điện [6].
Hình 1.17. Xe Zap
1.1.3. Ưu, nhược điểm khi sử dụng ô tô điện
a. Ưu điểm khi sử dụng ô tô điện
+ Ô tô điện sẽ làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch.
+ Làm giảm chi phí năng lượng đến 90%.
+ Nâng hiệu suất sử dụng năng lượng lên 70% (bằng cách nạp lại điện năng) so với
hiệu suất 15% (kể cả hệ thống truyền lực) trong các ứng dụng động cơ đốt trong.
+ Tạo ra mô men xoắn cao hơn và đường đặc tính mô men xoắn không đổi, giúp xe có
khả năng tăng tốc nhanh hơn.
+ Giảm bớt hiệu ứng nhà kính và tình trạng nóng lên của trái đất.
+ Ít gây ồn so với động cơ đốt trong.
+ Không thải ra khí xả độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
+Hoàn toàn có thể đáp ứng tầm hoạt động dưới 500km, bằng loại ắc quy Lithium-ion.
+ Nạp điện tại nhà hoặc nơi công cộng đơn giản, thuận tiện hơn so với các cây xăng.
+ Có thể thu hồi năng lượng trong quá trình phanh (bằng cách chuyển động năng của
xe thành điện năng lưu trữ vào ắc quy).
18
+ Ngoại trừ ắc quy, chi phí sản xuất các bộ phận khác rẻ hơn sơ với sử dụng động cơ
đốt trong vì số chi tiết rời ít hơn và không đòi hỏi gia công chính xác.
+ Chi phí tái nạp rẻ hơn nhiều so với xăng và dầu.
+ Chi phí bảo dưỡng như thay dầu nhớt, làm mát, bảo dưỡng, kiểm duyệt khí thải được
giảm bớt hoặc loại bỏ hoàn toàn.
+ Có thể cung cấp điện trở lại cho một số thiết bị điện dân dụng nếu cần.

+ Ngay cả khi nguồn điện dung để nạp ắc quy được tạo ra từ các nhà máy nhiệt điện
dùng nhiên liệu hóa thạch thì hiệu quả sử dụng năng lượng của chúng vẫn cao hơn
nhiều so với động cơ đốt trong.
+ Giảm thiểu quan ngại về cháy nổ.
+ Ô tô điện có triển vọng hơn cả xe sử dụng Hidro lỏng vì sự phổ dụng và chi phí phân
phối rất thấp, không cần đầu tư một hệ thống trạm nhiên liệu quy mô lớn và cực kỳ đắt
tiền. Ngoài ra, hiệu quả chuyển đổi năng lượng của xe còn cao hơn ắc quy nhiên liệu
hidro lỏng.
+ Điện có thể tạo ra từ các nguồn thủy điện, địa nhiệt, gió, hidro, mặt trời hoặc hạt
nhân… là các nguồn năng lượng không phát thải khí độc hại gốc cacbon.
b. Nhược điểm khi sử dụng ô tô điện
+ Bị giới hạn về thời gian hoạt động và thời gian nạp lại đầy điện.
+ Giá thành sản xuất cho ắc quy điện còn quá đắt, nằm trong khoảng từ 1500USD/xe
(ắc quy chì-axit) cho đến 20000USD/xe (ắc quy Lithium-ion).
+ Khối lượng vận chuyển bị hạn chế, tốc độ thấp.
+ Một số loại ắc quy hoạt động kém hiệu quả khi gặp thời tiết lạnh giá. Các trạm điện
công cộng chưa phổ biến.
+ Người sử dụng phải đối mặt với nguy cơ bị điện giật, nhiễm điện từ.
19
CHÝÕNG II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ÐỘNG LỰC HỌC VÀ NGUỒN NÃNG
LÝỢNG CHO XE ÐIỆN
2.1 Tính toán, lựa chọn truyền động điện.
2.1.1 Bố trí truyền động điện
Với yêu cầu của đề tài, giảm thời gian thiết kế, "ết kiệm chi phí chế tạo vì vậy
truyền lực chính sẽ được mua trên thị trường. Các phương án sử dụng truyền lực
chính như sau:
Hiện nay có rất nhiều kiểu bố trí hệ thống truyền lực khác nhau, các kiểu bố trí đó chủ
yếu là dựa vào sự biến thể về cách bố trí động cơ điện cũng như đặc điểm của động cơ
điện, sau đây là một số kiểu bố trí thông dụng:
Hình 2.1 Cấu hình hệ thống truyền lực cho ô tô điện.

M. Động cơ điện; HS. Hộp giảm tốc; VS vi sai.; TLC : Truyền lực chính
20
VS
M
M
M
VS
M
a)
TLC
HS
M
b)
c)
d)
Ở phương án (a) Hình 1.5a là hệ thống động lực điện cơ bản, hệ thống này
giống với hệ thống truyền lực sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Mô men được
tạo ta từ trục động cơ điện thông qua bộ đóng ngắt ly hợp, hộp số và bộ vi sai truyền
tới bánh xe chủ động.Hệ thống động lực này có nhiều cụm và tổng thành nên chiếm
nhiều không gian khó bố trí và khối lượng lớn. Với kĩ thuật hiện nay kỹ thuật điều
khiển động cơ điện phát triển giúp cho động cơ điện có đặc tính tải :
Hình 2.2 Đặc tính làm việc lý tưởng của xe
Từ đồ thị đặc làm việc lý tưởng của xe ta thấy:
- Khi xe chuyển động, nếu gặp cản lớn thì vận tốc xe sẽ giảm dần, nếu cản tác động
tới xe nhỏ thì xe có thể chạy ở tốc độ cao. Khi đó, công suất kéo cấp xuống yêu
cầu không đổi (P = const).
- Phạm vi thay đổi tốc độ của xe yêu cầu càng cao càng tốt.
- Khả năng khắc phục cản của xe khi hoạt động yêu cầu càng lớn càng tốt.
21
a)

Hình 23: Đặc tính động cơ điện (a) và đặc tính lực kéo của xe khi sử dụng động cơ điện (b)
Lực kéo (kN)
b)
n (rpm)
Lực kéo
Lực cản
n (rpm)
Công suất không đổi
M
n cơ bản
P
Ta có đặc tính của động cơ điện như sau:
Động cơ điện có thể hoạt động ngay tại giá trị tốc độ bằng không, tăng dần tới giá trị
tốc độ cơ bản mà tại đó công suất động cơ điện đạt đến giá trị cực đại. Lúc này giá trị
điện áp đặt vào động cơ tăng tới giá trị giới hạn (điện áp định mức) trong khi dòng điện
được giữ tại giá trị không đổi. Trong vùng tốc độ dưới tốc độ cơ bản này, mô men động
cơ được giữ không đổi. Trên xe điện thì vùng tốc độ này không cần quá lớn, vì giai
đoạn khởi động ban đầu là ngắn. Khi tốc độ động cơ tăng trên vùng tốc độ cơ bản, điện
áp cấp vào động cơ được giữ không đổi (tại giá trị định mức) và dòng điện yếu đi. Điều
này khiến công suất đầu ra không đổi trong khi mô men và tốc độ có quan hệ hypebol.
Đặc tính lực kéo tại các bánh xe khi sử dụng động cơ điện như trên hình 2.3. Khi sử
dụng động cơ điện xe có thể khắc phục được các điều kiện cản khác nhau với phạm vi
thay đổi momen lớn, và phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn.
Khi sử dụng động cơ điện ta có thể không cần sử dụng hộp số mà chỉ cần sử dụng một
tỉ số truyền trung gian là có thể đáp ứng được đặc tính của ô tô. Vậy khi không cần ly
hợp ta không cần lý hợp vào hệ truyền động.
Với phương án (b) sử dụng hai động cơ điện đặt trong bánh xe. Không gian
của bánh xe có giới hạn nên kích thước của động cơ điện theo đó cũng bị hạn chế.
22
Công suất của động cơ điện nhỏ sẽ ảnh hưởng tới khả năng khắc phụ lực cản của xe,

thời gian tăng tốc kéo dài. Xe sử dụng hệ thống truyền lực dạng này thường có kích
thước và tải trọng nhỏ phù hợp với môi trường đô thị. Để khắc phục những nhược điểm
đã nêu, xe có thể sử dụng 4 động cơ dẫn động 4 bánh. Với phương thức này, xe có thể
cải thiện được phạm vi sử dụng tuy nhiên đòi hỏi thuật toán điều khiển động cơ phức
tạp.
Trong phương án (c) Mô tơ được dẫn động đến truyền lực chính tới vi sai và ra
bán trục. Với phương án này bố trí gọn và vẫn đảm bảo động học của xe. Phương án
này đã được sản xuất hàng loạt sẵn có trên thị trường. Đồng thời phương thức điều
khiển đơn giản.
Với phương án (d) . Một mô tơ được kết nối trực tiếp với bánh xe phía trước.
Ưu điểm của phương án này là gọn, dễ điều khiển động cơ, tuy nhiên không thực tế vì
đòi hỏi động cơ nhỏ mà lại có mômen cao.
Từ những phương án trên thì ta thấy mỗi một phương án đều có những ưu
nhược điểm riêng và tùy thuộc vào mục đích cũng như ý đồ của người thiết kế mà sẽ
lựa chọn các phương án thích hợp. Với ý tưởng của nhóm là thiết kế một chiếc xe
chạy năng lượng điện hoạt động ổn định giá thành thấp đồng thời là các kết cấu đã có
sẵn trên thị trường thì phương án được lựa chọn là phương án (c).
Với phương án (c) được lựa chọn, tìm kiếm trên thị trường có các loại truyền
lực chính của hãng Goldenmotor như sau:
23
Hình 2.4: Hình ảnh thực tế hệ thống truyền lực
Với kết cấu trên đã bao gồm vi sai, bán trục, bánh xe , các cảm biến cho điều
khiển. Loại kết cấu trên có ưu việt đó là có kết cấu để thay đổi các động cơ khác nhau
trong dải công suất mà chúng đáp ứng được.
Lựa chọn theo tải trọng thiết kế yêu cầu ta chọn được cầu như sau:
Hình 2.5 Hình vẽ cầu sau của xe
Bảng 2.1 Thông số cơ bản của truyền lực chính như sau:
Điên áp (V) 48V
24
57

600
1168
1295
82
30
Hiệu suất (%) 88%
Tải trọng 1000kG
Tỉ số truyền 7,6:1
Cảm biến Hall Bên ngoài
Phanh Tang trống
2.1.2. Chọn loại động cơ điện.
Theo phương pháp cung cấp năng lượng thì động cơ điện được phân ra làm: động
cơ xoay chiều (AC) và động cơ một chiều (DC).Và từ hai loại động cơ điện này, tùy
theo cấu trúc động cơ và cơ chế vận hành mà người ta lại phân chia ra thành các loại
khác nhau như sau:
Hình 2.6 Các loại động cơ điện chính.
Đối với động cơ một chiều DC thì như tên gọi cho thấy sử dụng nguồn cung cấp
là dòng điện một chiều. Nó có ưu điểm là dễ điều khiển tốc độ mà không ảnh hưởng
tới công suất và giá cả rẻ hơn, qua phân tích đồ thị đặc tính cơ (hình 2-7) thì ta thấy
động cơ điện một chiều có khả năng cung cấp một mômen khởi động cao hoặc yêu
25