(Luận văn thạc sĩ hcmute) thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐÀO TRỌNG CƯỜNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO XE GẮN MÁY LAI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 4 0 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐÀO TRỌNG CƢỜNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
CHO XE GẮN MÁY LAI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014

i

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐÀO TRỌNG CƢỜNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
CHO XE GẮN MÁY LAI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116
Hƣớng dẫn khoa học:
TS. LÊ THANH PHÚC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014

ii

Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Đào Trọng Cƣờng

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/11/1979

Nơi sinh: Vĩnh Long

Quê quán: Trung Thành, Vũng Liêm, Vĩnh Long

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 69/33 Phó Cơ Điều, P3, Tp. Vĩnh Long
Điện thoại cơ quan: 070 3960566

Điện thoại di động: 0902452279

E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Tại chức

Thời gian đào tạo từ 2005 đến 2007

Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Ngành học: Cơ khí Động lực
2. Cao học:
Hệ đào tạo: Tập trung chính qui - Thời gian đào tạo từ 2012 đến 2014
Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC:
Thời gian
Từ 2007 đến 2009

Nơi công tác
Trƣờng Trung cấp nghề
Vĩnh Long

Từ 2009 đến 2011

nt

Từ 2011 đến nay

nt

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên khoa CKĐL
Tổ Trƣởng bộ mơn khoa
CKĐL
Phó Trƣởng khoa GTVT

i

Luan van


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai

công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 11 năm 2014

Đào Trọng Cƣờng

ii

Luan van


CẢM TẠ
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy hướng dẫn TS Lê Thanh Phúc đã
nhận hướng dẫn em thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy
lai”. Đây là một đề tài thực nghiệm và có ý nghĩa rất thiết thực. Kết quả đề tài là cơ
sở để phát triển các sản phẩm xe gắn máy lai trong tương lai, khẳng định được
năng lực ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo hồn thiện các loại xe
thân thiện với mơi trường.
Xin chân thành gởi lời cảm ơn đến quí thầy, cô giảng dạy đã truyền đạt
những kiến thức vô cùng quí báu trong hai năm học qua giúp chúng em có được
những vốn kiến thức vơ cùng bổ ích trong cơng tác cũng như trong q trình thực
hiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Trung cấp nghề Vĩnh Long đã
hỗ trợ cho tôi về thời gian và chi phí, sẵn sàng tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được
học tập bồi dưỡng chuyên môn. Cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã san sẻ phần trọng
trách công việc và cổ vũ tôi trong thời gian học tập.
Xin cảm ơn tất cả những người thân trong gia đình đã chăm sóc chu đáo cho
tơi, ln tiếp ứng kịp thời về vật chất lẫn tinh thần, giúp cho tơi vượt qua những khó
khăn để thực hiện và hồn tất cơng trình nghiên cứu này.
Lần nữa tơi trân trọng ghi nhận những cơng lao q báu của những người đã

mang đến cho tơi.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 11 năm 2014
Đào Trọng Cường

iii

Luan van


TÓM TẮT

Trong bối cảnh khan hiếm nhiên liệu và giá dầu tăng cao, tình trạng ơ nhiễm
mơi trƣờng do sự phát thải của phƣơng tiện giao thông cơ giới. Nhằm mục đích tiết
kiệm nhiên liệu – giảm ơ nhiễm mơi trƣờng trên xe gắn máy, tác giả đã thực hiện đề
tài “Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai”. Đề tài đƣợc thực hiện tại
trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2014.
Trong đề tài này, tác giả đã lựa chọn một chiếc xe tay ga đã qua sử dụng hiệu
Attila làm xe thực nghiệm. Tác giả đã nghiên cứu cải tạo và lắp ráp thêm hệ thống
truyền động từ một động cơ điện DC có cơng suất 400 W để cùng phối hợp moment
quay với động cơ xăng dẫn động bánh xe sau. Cụ thể là khi xe hoạt động thì cả hai
động cơ xăng và động cơ điện cùng truyền moment quay đến trục của bánh xe sau.
Tuy nhiên động cơ xăng đóng vai trị là nguồn năng lƣợng truyền moment chính
cịn động cơ điện chỉ đóng vai trị hỗ trợ. Động cơ điện hoạt động bằng nguồn năng
lƣợng từ bình Accu và đƣợc điều khiển bằng các vi mạch điện tử. Khối lƣu trữ điện
gồm 2 bình Accu 12 V – 26 Ah dùng để cung cấp điện cho động cơ điện. Các bình
Accu này đƣợc nạp từ nguồn điện dân dụng.
Toàn bộ hệ thống truyền động của động cơ điện đƣợc thiết kế là một cụm chi
tiết rời, có thể lắp ráp dễ dàng vào xe máy. Sau khi lắp thêm hệ thống truyền động,
xe nặng hơn xe nguyên bản 23 kg. Sau khi đã lắp ráp hoàn chỉnh và tiến hành chạy

thử nghiệm kết quả cho thấy: Xe hoạt động ổn định và an toàn, tiết kiệm nhiên liệu
khoảng 20% so với xe ban đầu chỉ chạy bằng động cơ xăng.

iv

Luan van


ABSTRACT

In the context of scarcity of fuel and rising oil prices, environmental
pollution is increasing due to emissions from motor vehicles. With the view to fuel
economy - reducing environmental pollution on the motorcycle, the author has
carried out the topic "Design powertrain for hybrid motorcycle." The research is
done at the University of Technical Education Ho Chi Minh City in 2014.
In the research, the author has chosen a used scooter Attila for experiment .
The author has researched and assembled an improvement drivetrain from a DC
electric motor with the power of 400 W to cooperate with the gasoline engine
torque driving the rear wheels. When the scooter is operating, both gasoline engine
and electric motor torque are transmitted to the rear wheel axis. However, the
gasoline engine serves as the main source of energy whereas torque from the
electric motor plays a supporting role. The electric motor operates using battery
power controlled by electronic circuits. The power source consists of two battery 12
V - 26 Ah used to provide power to the electric motor. The battery power is charged
from the househood electricity net.
The entire drivetrain of the electric motor is designed as a cluster of separated
details which can be easily installed in the motorbike. After the modification, the
scooter weighs 23 kg more than the original one, the experiments show that the
scooter operates stably and safely, fuel saving is about 20% compared with the
initial scooter powered by gasoline engines.

v

Luan van


MỤC LỤC
Trang tựa
TRANG
Quyết định giao đề tài
LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
CẢM TẠ ..................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ..................................................................................................................iv
ABSTRACT ................................................................................................................v
MỤC LỤC ..................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................x
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................xi
Chƣơng 1 .....................................................................................................................1
TỔNG QUAN .............................................................................................................1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố ............................................................................................1
1.1.1 Tầm quan trọng của xe máy .......................................................................1
1.1.2 Phát triển nguồn động lực sạch ..................................................................2
1.1.3 Tổng quan về xe hybrid .............................................................................3
1.1.3.1 Khái niệm chung ..................................................................................3
1.1.3.2 Phân loại ôtô hybrid .............................................................................4
1.1.3.3 Xu hƣớng phát triển của xe hybrid ......................................................8
1.1.4 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .............................................9
1.1.4.1 Trong nƣớc ...........................................................................................9

1.1.4.2 Ngồi nƣớc .........................................................................................10
1.2 Mục đích của đề tài .........................................................................................12
1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ......................................................................12
1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài..................................................................................12
1.3.2 Giới hạn của đề tài ...................................................................................13
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu và thực hiện ............................................................ 13
Chƣơng 2 ...................................................................................................................14
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................ 14
2.1 Hệ thống truyền động trên xe tay ga ............................................................... 14
2.1.1 Cấu tạo và sơ đồ truyền lực ......................................................................14
2.1.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................15
2.1.2.1 Động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng ............................................15
2.1.2.2 Động cơ hoạt động ở chế độ khởi động và tốc độ thấp ....................15
2.1.2.3 Động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ trung bình ..................................16
2.1.2.4 Động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ cao .............................................17
2.1.2.5 Động cơ hoạt động ở chế độ tải nặng, leo dốc hoặc lên ga đột ngột .18
2.2 Nguồn điện trên xe gắn máy ...........................................................................18

vi

Luan van


2.2.1 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều ...........................................................18
2.2.2 Nguyên lý sinh ra điện .............................................................................19
2.2.3 Nguồn điện xoay chiều đƣợc đổi thành điện một chiều ..........................20
2.3 Accu ................................................................................................................20
2.3.1 Nhiệm vụ và phân loại Accu ....................................................................20
2.3.1.1 Nhiệm vụ ............................................................................................ 20
2.3.1.2 Phân loại Accu ...................................................................................21

2.3.2 Cấu tạo của Accu chì axit loại kín ...........................................................23
2.3.2.1 Cấu tạo chung.....................................................................................23
2.3.2.2 Sự khác biệt cơ bản trong cấu tạo giữa VRLA và Accu truyền thống
........................................................................................................................25
2.3.2.3 Ƣu điểm của Accu kín kiểu SLA và VRLA ......................................26
2.3.3 Quá trình điện hóa trong Accu chì axit loại kín .......................................26
2.3.4 Chế độ nạp và phóng của Accu ................................................................ 27
2.3.4.1 Các phƣơng pháp nạp truyền thống ...................................................27
2.3.4.2 Nguyên lý phƣơng pháp nạp xung và mạch nạp ................................ 29
2.3.4.3 Kiểm tra nhận biết trạng thái nạp .......................................................31
2.4 Nguyên lý hoạt động và đặc tính của máy điện DC...........................................31
2.4.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều ............................................................... 31
2.4.1.1 Phần tĩnh (stator) ................................................................................32
2.4.1.2 Phần quay (rotor) ..............................................................................33
2.4.2 Phân loại và mơ tả đặc tính động cơ điện một chiều ............................... 33
2.4.2.1 Phân loại ............................................................................................. 33
2.4.2.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp ............36
2.4.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều ..............................................39
2.4.3.1 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng điện trở phụ mạch phần ứng ..39
2.4.3.2 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng từ thơng kích thích: ................41
2.4.3.3 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng điện áp phần ứng: ...................43
2.4.3.4 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng điều chế độ rộng xung: ..........44
2.5 Linh kiện điện tử ............................................................................................. 46
2.5.1 IC LM2907: .............................................................................................. 46
2.5.2 IC TL084: .................................................................................................47
2.5.3 IC TL494: .................................................................................................48
2.5.4 Cảm biến tiệm cận Fotek PM12-02P-S: ..................................................50
2.5.5 IC PC923: .................................................................................................51
2.5.6 IC PC817: .................................................................................................51
Chƣơng 3 ...................................................................................................................52

GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ..........................................................................................52
3.1 Chọn xe gắn máy thực nghiệm........................................................................52
3.1.1 Các thông số cơ bản của xe Attila đời 2002 ...........................................53
3.1.2 Cấu tạo cơ cấu truyền động trên xe Attila................................................55
3.2 Giải pháp phối hợp truyền động giữa động cơ điện và động cơ xăng ............56
3.3 Chọn động cơ điện ..........................................................................................56

vii

Luan van


3.3.1 Chọn loại động cơ điện ............................................................................56
3.3.2 Chọn mức điện áp cấp cho động cơ điện .................................................59
3.4 Chọn vị trí lắp đặt động cơ điện trên xe ..........................................................60
3.5 Giải pháp truyền động từ động cơ điện đến bánh xe .....................................62
3.6 Giải pháp điều khiển động cơ điện ............................................................... 63
3.7 Giải pháp khối lƣu trữ điện cấp cho động cơ điện ........................................63
3.8 Tính tốn các thơng số động lực học của xe lai ..............................................64
Chƣơng 4 ...................................................................................................................67
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ......................................................................................67
4.1 Xác định các vị trí cải tạo trên xe ....................................................................67
4.2 Xác định thơng số, lựa chọn Accu và bố trí Accu ..........................................68
4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của Accu .......................................................................68
4.2.2 Chọn Accu ................................................................................................ 68
4.2.3 Bố trí Accu ............................................................................................... 69
4.3 Thiết kế và chế tạo cơ cấu truyền động của động cơ điện. ............................. 70
4.3.1 Thiết kế và gia công hộp truyền động ......................................................70
4.3.1.1 Vỏ hộp truyền động............................................................................70
4.3.1.2 Chốt định vị :......................................................................................72

4.3.1.3 Gia công trục và bánh răng của hộp truyền động trung gian : ...........72
4.3.2 Thiết kế và gia công khớp truyền động một chiều ...................................75
4.3.3 Thiết kế và gia công các tấm định vị cơ cấu truyền động ........................77
4.3.4 Gia công chế tạo .......................................................................................79
4.3.4.1 Chọn vật liệu ......................................................................................79
4.3.5 Lắp ráp cơ cấu truyền động của động cơ điện .........................................80
4.4 Cải tạo lốc máy................................................................................................ 81
4.4.1 Cải tạo phần sau lốc máy .........................................................................81
4.4.2 Cải tạo nắp hộp truyền động trên xe ........................................................83
4.4.3 Lắp cơ cấu truyền động vào xe ................................................................ 84
4.5.1 Sơ đồ khối các mạch điều khiển ............................................................... 85
4.5.2 Sơ đồ nguyên lý và chức năng từng khối .................................................86
4.5.2.1 Khối GEAR BOX: .............................................................................86
4.5.2.2 Khối SENSOR1: ................................................................................86
4.5.2.3 Khối SENSOR2: ................................................................................86
4.5.2.4 Khối FVC1: ........................................................................................86
4.5.2.5 Khối FVC2: ........................................................................................87
4.5.2.6 Khối so sánh và PID: .........................................................................90
4.5.2.7 Khối PWM: ........................................................................................96
4.5.2.8 Khối MOTOR DRIVER: ...................................................................96
4.5.2.9 Khối MOTOR POWER và khối Current Limiting: ...........................97
4.5.3 Qui trình gia cơng và lắp đặt ..................................................................100
Chƣơng 5 .................................................................................................................101
THỰC NGHIỆM - KẾT LUẬN .............................................................................101
5.1 Thực nghiệm .................................................................................................101

viii

Luan van

5.1.1 Kiểm tra các bộ phận trƣớc khi chạy thực nghiệm ................................101
5.1.1.1 Kiểm tra cơ cấu truyền động của động cơ điện ...............................101
5.1.1.2 Kiểm tra hoạt động của các mạch điện điều khiển động cơ điện........101
5.1.2 Chạy thử xe trên đƣờng và đo mức tiêu hao nhiên liệu .........................103
5.1.2.1 Điều kiện thử ....................................................................................103
5.1.2.2 Kết quả: ............................................................................................104
5.1.3 Thử khoảng cách chạy ở chế độ lai liên tục ...........................................105
5.1.3.1 Tiến hành thử: ..................................................................................105
5.1.3.2 Kết quả: ............................................................................................105
5.1.4 Thử tiêu hao năng lƣợng điện khi nạp lại Accu .....................................105
5.1.4.1 Các bƣớc tiến hành thử: ...................................................................105
5.1.4.2 Kết quả: ............................................................................................106
5.1.5 Đo khối lƣợng xe hoàn chỉnh: ................................................................106
5.1.6 Thử an toàn các bộ phận điện ................................................................106
5.1.7 Thử mạch bảo vệ quá dòng ....................................................................106
5.1.7.1 Tiến hành thử ...................................................................................106
5.1.7.2 Kết quả .............................................................................................106
5.2 Kết luận .........................................................................................................107
5.3 Khuyến nghị ..................................................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................109
PHỤ LỤC ................................................................................................................110

ix

Luan van


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG
Bảng 2.1: Điện thế và dung lƣợng một số loại Accu ................................................23
Bảng 2.2: Bảng đối chiếu trạng thái Accu ................................................................ 31
Bảng 4.1: Thơng số và kích thƣớc cơ bản của Accu .................................................68

x

Luan van


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1: Một mẫu xe hybrid của hãng Toyota ........................................................4
Hình 1.2 : Hệ thống hybrid nối tiếp ...........................................................................5
Hình 1.3 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp ..............................................5
Hình 1.4 : Hệ thống hybrid song song .......................................................................7
Hình 1.5 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song .........................................7
Hình 1.6 : Hệ thống hybrid hỗn hợp ..........................................................................8
Hình 1.7 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp .............................................8
Hình 1.9: eCycle hybrid ...........................................................................................10
Hình 1.8: Honda hybrid scooter ................................................................................10
Hình 1.10: Mẫu xe FA – 801 (Hybrid 80CC – 500 W) .............................................12
Hình 2.1: Cấu tạo và sơ đồ truyền lực ......................................................................14
Hình 2.2: Sơ đồ truyền lực ở tốc độ cầm chừng ......................................................15
Hình 2.3: Sơ đồ truyền lực ở chế độ khởi động và tốc độ thấp ............................... 15
Hình 2.4: Sơ đồ truyền lực ở tốc độ trung bình .......................................................16
Hình 2.5: Sơ đồ truyền lực ở tốc độ cao ..................................................................17
Hình 2.6: Sơ đồ truyền lực ở chế độ tải nặng , leo dốc hoặc lên ga đột ngột ..........18
Hình 2.7: Cấu tạo máy phát điện trên xe Attila .......................................................19

Hình 2.8: Accu kiểu SLA. ........................................................................................22
Hình 2.9: Cấu tạo chung một loại Accu axit chì loại kín .........................................24
Hình 2.10: Cấu tạo Accu axit chì loại kín kiểu VRLA của GS Battery ...................25
Hình 2.11: Các q trình điện hóa trong Accu chì axit loại kín ............................... 27
Hình 2.12: Đặc tuyến dịng điện nạp Accu phƣơng pháp truyền thống ..................27
Hình 2.13: Đặc tuyến dịng nạp theo phƣơng pháp 2 nấc ........................................28
Hình 2.14: Ngun lý phƣơng pháp nạp xung ..........................................................29
Hình 2.15: Mặt cắt dọc và cắt ngang của động cơ điện một chiều điển hình ...........32
Hình 2.16: Sơ đồ đấu dây động cơ điện ...................................................................34
Hình 2.17: Sơ đồ nối dây động cơ điện kích từ độc lập và song song .....................34
Hình 2.18: Đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập ..................................36
Hình 2.19: Sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .........................37
Hình 2.20: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ động cơ điện DC kích từ nối tiếp ........37
Hình 2.21: Sơ đồ đấu dây động cơ điện kích từ hỗn hợp.........................................38
Hình 2.22: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ động cơ điện kích từ hỗn hợp .............39
Hình 2.23: Điều khiển tốc độ động cơ điện kích từ song song ................................ 40
Hình 2.24: Sơ đồ ngun lý điều khiển tốc độ động cơ điện kích từ nối tiếp .........41
Hình 2.25: Nguyên lý điều chỉnh bằng từ thơng của động cơ điện một chiều ........42
Hình 2.26: Đặc tính điều chỉnh bằng từ thơng của động cơ điện một chiều............42
Hình 2.27: Đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện bằng điện áp phần ứng .....44
Hình 2.28: Điều chế độ rộng xung ...........................................................................45
Hình 3.1: Mẫu xe Attila chọn làm thực nghiệm .......................................................53

xi

Luan van


Hình 3.2: Cấu tạo cơ cấu truyền động của xe Attila ................................................55
Hình 3.3: Ảnh chụp động cơ điện tại cửa hàng bán động cơ điện tại Tp.HCM .......57

Hình 3.4: Một số loại động cơ điện của hãng Sanyo Denki ....................................58
Hình 3.5: Đƣờng đặc tính động cơ điện ....................................................................59
Hình 3.6: Vị trí lắp động cơ điện nhìn ngang ...........................................................61
Hình 3.7: Vị trí lắp động cơ điện nhìn từ phía sau ...................................................61
Hình 3.8: Sơ đồ khối cơ cấu truyền động của động cơ điện .....................................62
Hình 4.1: Các vị trí cải tạo trên xe Attila .................................................................67
Hình 4.2: Accu Delkor NT50-N24MF ....................................................................69
Hình 4.3: Bản vẽ gia cơng mặt bên ngồi của hộp truyền động ............................... 71
Hình 4.4: Bản vẽ gia cơng mặt bên trong của hộp truyền động ................................ 71
Hình 4.5: Sơ đồ khối hai mặt bên của hộp truyền động ...........................................72
Hình 4.6: Chốt định vị .............................................................................................. 72
Hình 4.7: Bản vẽ lắp cơ cấu truyền động xe Attila ..................................................73
Hình 4.8: Các trục và bánh răng của hộp truyền động sau khi cải tạo ......................74
Hình 4.9: Sơ đồ khối hộp truyền động trung gian sau khi gia cơng và lắp ráp.........74
Hình 4.10: Ly hợp khởi động trên xe máy ................................................................ 75
Hình 4.11: Bản vẽ lắp ly hợp khởi động trên xe máy ...............................................76
Hình 4.12: Sơ đồ khối khớp truyền động một chiều sau khi cải tạo .........................76
Hình 4.13: Bản vẽ lắp khớp truyền động một chiều sau khi cải tạo .........................77
Hình 4.14: Tấm định vị lắp với hộp bánh răng .........................................................78
Hình 4.15: Tấm định vị lắp với động cơ điện ...........................................................78
Hình 4.16: Chốt định vị M14 ....................................................................................78
Hình 4.17: Sơ đồ khối cơ cấu truyền động của động cơ điện sau khi lắp ráp...........81
Hình 4.18: Bản vẽ lắp lốc máy xe Attila ...................................................................82
Hình 4.19: Phần sau của lốc máy trƣớc khi cải tạo ...................................................82
Hình 4.20: Phần sau của lốc máy sau khi cải tạo ......................................................83
Hình 4.21: Nắp hộp truyền động trƣớc khi cải tạo ...................................................83
Hình 4.22: Nắp hộp truyền động sau khi cải tạo .......................................................84
Hình 4.23: Cơ cấu truyền động của động cơ điện sau khi lắp vào xe .......................85
Hình 4.24: Sơ đồ khối các mạch điều khiển ............................................................. 85
Hình 4.25: Cảm biến tiệm cận Fotek PM12-02P-S ..................................................86

Hình 4.26: Sơ đồ nguyên lý khối FVC1 ...................................................................87
Hình 4.27: Sơ đồ nguyên lý khối so sánh và PID .....................................................91
Hình 4.28: Sơ đồ nguyên lý khối PWM ....................................................................96
Hình 4.29: Sơ đồ nguyên lý khối công suất và bảo vệ q dịng .............................. 97
Hình 4.30: Các mạch điện và Accu sau khi lắp vào xe ...........................................100
Hình PL -1: Bản vẽ lắp cơ cấu truyền lực của động cơ điện ..................................110
Hình PL - 2: Hình dáng của xe sau khi cải tạo .......................................................111
Hình PL - 3: Bảng thơng số kỹ thuật động cơ điện .................................................111

xii

Luan van


Chƣơng 1
TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố
1.1.1 Tầm quan trọng của xe máy
Mặc dù đã có khá lâu, nhƣng hiện nay xe máy vẫn là loại phƣơng tiện xuất
hiện nhiều nhất trên các con đƣờng ở nƣớc ta từ thành thị cho đến nông thôn. Qua
nghiên cứu khảo sát cho thấy đến năm 2020 phƣơng tiện giao thơng chính của
ngƣời dân vẫn là xe máy [1].
Theo chiến lƣợc đảm bảo an tồn giao thơng đƣờng bộ quốc gia đến năm
2020 và tầm nhìn đến năm 2030, để phát triển cơ sở hạ tầng giao thông một cách
bền vững thì cần phát triển các loại giao thông công cộng nhƣ hệ thống đƣờng sắt,
tàu điện ngầm, tàu trên cao và hệ thống xe buýt tốc hành. Giao thông công cộng
phải trở thành phƣơng tiện giao thông chủ yếu trong đô thị và vùng ngoại ô ở thành
phố lớn giống nhƣ ở các thành phố tại các nƣớc tiên tiến trên thế giới. Tuy nhiên để

đáp ứng đƣợc chiến lƣợc này cần phải có thời gian và tốn rất nhiều ngân sách, do đó
trƣớc mắt chỉ có thể từng bƣớc cải thiện cơ sở hạ tầng giao thơng, nhất là hồn
chỉnh hệ thống vận chuyển giao thơng công cộng trong các thành phố lớn.
Đối với các quan điểm cho rằng nên hạn chế sử dụng mô tô, xe máy ngay lập
tức để giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, giảm kẹt xe và tai nạn giao thơng thì theo
các cơ quan chức năng đây chỉ là quan điểm ngắn hạn và khơng khả thi. Bởi vì
khơng thể hạn chế nhu cầu đi lại của ngƣời dân bằng mô tơ, xe máy mà chƣa có
phƣơng tiện giao thơng phù hợp để thay thế, đồng thời các loại hình cơng cộng nhƣ
đƣờng sắt đô thị, tàu điện ngầm, xe buýt thì chƣa đáp ứng kịp nhu cầu giao thơng
hiện nay.

1

Luan van


Ở nƣớc ta hiện nay thì dễ dàng nhìn thấy ở mọi đối tƣợng, ngành nghề và độ
tuổi đa số đều sử dụng mô tô, xe máy để làm phƣơng tiện giao thông chủ yếu. Ở các
khu đô thị hiện nay mô tô, xe máy là phƣơng tiện đƣợc ngƣời dân sử dụng nhiều
nhất bởi sự cơ động, chiếm ít diện tích và phù hợp với hạ tầng.
Vì vậy phát triển ô tô xe máy là một yêu cầu khách quan và cần thiết, nên
cần có những nghiên cứu để phát triển loại phƣơng tiện này một cách hoàn hảo phù
hợp với những yều cầu thực tế của cộng đồng xã hội.
1.1.2 Phát triển nguồn động lực sạch
Hiện nay, bảo vệ mơi trƣờng đƣợc coi là tiêu chí hàng đầu. Hiện tƣợng hiệu
ứng nhà kín, sự nóng lên của trái đất và hiện tƣợng băng tan là những vấn đề có tính
cấp thiết đối với các quốc gia. Có nhiều ngun nhân gây ơ nhiễm mơi trƣờng,
trong đó sự phát thải của phƣơng tiện giao thông cơ giới là một trong những tác
nhân lớn. Do đó, cần thiết phải hạn chế sự ô nhiễm môi trƣờng do các phƣơng tiện
giao thơng gây ra bằng cách tìm ra các nguồn năng lƣợng thân thiện với môi trƣờng,

không gây ô nhiễm hoặc ít gây ô nhiễm đến môi trƣờng để trang bị trên các phƣơng
tiện giao thông. Hơn nữa, sự khủng hoảng dầu mỏ do chiến tranh thƣờng xuyên xảy
ra ở các nƣớc Trung đông và Bắc phi đã làm cho giá dầu tăng cao, cho nên cần hạn
chế sự phụ thuộc hồn tồn vào nguồn năng lƣợng này. Do đó chúng ta cần tìm ra
những nguồn năng lƣợng mới thay thế cho dầu mỏ song song với việc nghiên cứu
cải tiến động cơ nâng cao hiệu suất để tiết kiệm năng lƣợng. Trong những năm gần
đây đã có nhiều nghiên cứu cải tiến nhƣ:
-

Nghiên cứu hồn thiện q trình cháy động cơ Diesel.

-

Cải tiến hệ thống đánh lửa thƣờng sang đánh lửa điều khiển điện tử; hệ thống

cung cấp nhiên liệu sử dụng chế hịa khí sang phun xăng điều khiển điện tử.
-

Nghiên cứu sử dụng nhiều loại nhiên liệu thay thế nhƣ: LPG (Liquidfied

Petroleum Gas), methanol, ethanol, fuel cell, biodiesel, khí thiên nhiên, điện và
năng lƣợng mặt trời.
-

Nguồn động lực lai (hybrid).

2

Luan van

Các giải pháp trên đều có những ƣu và nhƣợc điểm riêng. Trong đó, hai giải
pháp đƣợc đánh giá tốt nhất hiện nay là loại xe điện (electric vehicles) và xe sử
dụng pin nhiên liệu (fuel-cell electric Vehicles). Đối với hai loại xe này có ƣu điểm
là hồn tồn khơng gây ô nhiễm môi trƣờng, hiệu quả cao và cung cấp moment lớn
ở tốc độ thấp. Tuy nhiên chúng chƣa đƣợc sử dụng phổ biến vì cịn tồn tại một số
vấn đề cần phải giải quyết đó là khoảng cách hoạt động ngắn, thời gian sạc điện kéo
dài, thiếu nơi sạc điện và giá thành cao, thiếu nơi tiếp hydrogen cho xe sử dụng pin
nhiên liệu. Đây là những nguyên nhân chính mà tại sao xe điện và xe sử dụng pin
nhiên liệu chƣa thể thay thế xe sử dụng nhiên liệu từ dầu mỏ truyền thống.
Hiện nay một xu hƣớng rất nổi bật là trang bị nguồn động lực lai (hybrid)
trên các loại phƣơng tiện giao thơng. Trong đó sử dụng động cơ lai là sự kết hợp từ
các động cơ thành phần tạo đƣợc hiệu suất cao, đồng thời hạn chế khí lƣợng thải
gây ơ nhiễm mơi trƣờng. Do đó mà cơng nghệ xe lai (hybrid) đã đƣợc các hãng sản
xuất xe trên thế giới tập trung nghiên cứu.
1.1.3 Tổng quan về xe hybrid
1.1.3.1 Khái niệm chung
Hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, kết hợp giữa động cơ đốt trong
(sử dụng nhiên liệu xăng hoặc diesel) với động cơ sử dụng các nguồn năng lƣợng
khác (năng lƣợng điện, nhiệt, khí).
Trong phạm vi đề tài này chỉ bàn về dịng ơtơ hybrid nhiệt - điện (kết hợp
giữa động cơ đốt trong và động cơ điện) là loại ơtơ hybrid thơng dụng nhất hiện
nay. Điển hình là dòng xe hybrid kết hợp giữa một động cơ đốt trong với động cơ
điện, năng lƣợng điện từ một Accu cao áp. Bộ điều khiển điện tử sẽ điều khiển hoạt
động của động cơ điện và động cơ đốt trong, cũng nhƣ khi nào vận hành đồng bộ cả
hai động cơ và khi nào nạp điện vào Accu. Điểm đặc biệt là Accu đƣợc nạp điện với
cơ chế nạp “thông minh” khi xe phanh và xuống dốc, gọi là quá trình phanh tái tạo
năng lƣợng. Nhờ vậy mà xe có thể tiết kiệm đƣợc nhiên liệu khi vận hành bằng
động cơ điện, đồng thời Accu cũng đƣợc nạp điện.

3

Luan van


Hình 1.1: Một mẫu xe hybrid của hãng Toyota [2]
1.1.3.2 Phân loại ôtô hybrid
* Theo thời điểm phối hợp công suất
-

Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm: Khi ôtô bắ t đầ u khởi hành , motor

điện sẽ hoa ̣t đô ̣ng cung cấ p công suất giúp xe chuyể n đô ̣ng và tiếp tục tăng dần lên
với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trƣớc khi động cơ xăng tự khởi động. Để tăng
tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ xăng đƣợc khởi động ngay lập tức để có thể cung
cấp cơng suất tối đa. Ngồi ra, motor điện và động cơ xăng cũng hỗ trợ cho nhau
khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất nhƣ khi leo dốc, leo núi hoặc vƣợt qua xe
khác. Do motor điện đƣợc sử dụng nhiều ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng
tiết kiệm nhiên liệu khi lái ở đƣờng phố hơn là khi đi trên đƣờng cao tốc. Toyota
Prius và Ford Escape Hybrid là hai dịng điển hình thuộc loại này.
-

Phối hợp khi cần cơng suất cao: Motor điện hỗ trợ động cơ xăng chỉ khi điều

kiện lái yêu cầu nhiều công suất, nhƣ trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng,
khi leo dốc hoặc vƣợt qua xe khác, cịn trong điều kiện bình thƣờng xe vẫn chạy
bằng động cơ xăng. Do đó, những chiếc hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi
đi trên đƣờng cao tốc vì khi đó động cơ xăng ít bị gánh nặng nhất. Điển hình là
Honda Civic Hybrid và Honda Insight thuộc loại thứ hai. Cả hai loại này đều lấy
công suất từ Accu khi motor điện đƣợc sử dụng và đƣơng nhiên nó sẽ làm yếu cơng

4

Luan van


suất của Accu. Tuy nhiên, một chiếc xe hybrid không cần phải cắm vào một nguồn
điện để sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc.
* Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện
-

Kiểu nối tiếp: Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc

duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát ra điện năng nạp cho
Accu hoặc cung cấp cho động cơ điện .

Hình 1.2 : Hệ thống hybrid nối tiếp [3]
Dịng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp Accu và một sẽ dùng chạy
động cơ điện. Động cơ điện ở đây cịn có vai trị nhƣ một máy phát điện (tái sinh
năng lƣợng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.

Hình 1.3 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp [3]
+ Ƣu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải
nên giảm đƣợc ô nhiễm môi trƣờng. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt

5

Luan van

động tối ƣu, phù hợp với các loại ôtô. Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xe
chạy đƣờng dài quá quãng đƣờng đã quy định dùng cho Accu. Sơ đồ này có thể
khơng cần hộp số.
+ Nhƣợc điểm: Kích thƣớc và dung tích Accu lớn hơn so với tổ hợp ghép
song song. Động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn
điện cho Accu nên dễ bị quá tải.
-

Kiểu song song: Dòng năng lƣợng truyền tới bánh xe chủ động đi song song.

Cả động cơ nhiệt và motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức
độ tùy theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng
vai trị là nguồn năng lƣợng truyền moment chính cịn motor điện chỉ đóng vai trị
trợ giúp khi tăng tốc hoặc vƣợt dốc.
Kiểu này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính năng
giao hốn lƣỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho Accu trong các chế độ hoạt
động bình thƣờng, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian. Nó có thể khởi
động động cơ đốt trong và dùng nhƣ một máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy.
+ Ƣu điểm: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng
lƣợng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lƣợng
bình Accu nhỏ và gọn nhẹ, trọng lƣợng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép
nối tiếp và hỗn hợp.
+ Nhƣợc điểm: Động cơ điện cũng nhƣ bộ phận điều khiển motor điện có
kết cấu phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế cơng suất lớn hơn kiểu
lai nối tiếp. Tính ơ nhiễm mơi trƣờng cũng nhƣ tính kinh tế nhiên liệu không cao.

6

Luan van

Hình 1.4 : Hệ thống hybrid song song [3]

Hình 1.5 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song [3]

-

Kiểu hỗn hợp : Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song

nhằm tận dụng tối đa các lợi ích đƣợc sinh ra. Hệ thống lai này có một bộ phận gọi
là "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất
của động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động. Tuy nhiên xe có thể
chạy theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện. Hệ thống này chiếm ƣu thế
trong việc chế tạo xe hybrid.

7

Luan van


Hình 1.6 : Hệ thống hybrid hỗn hợp [3]

Hình 1.7 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp [3]
1.1.3.3 Xu hƣớng phát triển của xe hybrid
Ngày nay một trong những tiêu chí đƣợc đặt lên hàng đầu đối với các hãng
sản xuất xe trên thế giới là tiêu chí thân thiện với mơi trƣờng, tuy nhiên các xe chạy
bằng nhiên liệu truyền thống thƣờng gây nhiều ô nhiễm, làm cho môi trƣờng ngày
một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi. Mặt khác nguồn nhiên liệu truyền thống ngày càng
cạn kiệt. Vì những lý do đó địi hỏi các nhà sản xuất xe phải nghiên cứu, chế tạo các
loại xe thân thiện với môi trƣờng và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống,

đây cũng là một vấn đề đƣợc quan tâm nhất hiện nay.
Chính vì vậy ngƣời ta rất mong đợi sự có mặt của các dịng xe hybrid. Và sau
khi những chiếc xe hybrid đầu tiên xuất hiện nó đã cho thấy tính hiệu quả về kinh tế
và thân thiện với mơi trƣờng. Có thể nói, cơng nghệ hybrid là chìa khóa mở cửa tiến

8

Luan van


vào kỷ ngun mới của những chiếc ơ tơ, đó là ơ tơ khơng gây ơ nhiễm mơi trƣờng
hay cịn gọi là ô tô sinh thái.
1.1.4 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.1.4.1 Trong nƣớc
Hiện nay ở trong nƣớc vẫn chƣa thấy xuất hiện một kiểu xe gắn máy hybrid
nào đƣợc thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều
kiện sử dụng trong nƣớc. Tuy nhiên có một số đề tài nghiên cứu về xe gắn máy
hybrid nhƣ:
-

“Thiết kế xe máy hybrid”, tác giả Bùi Văn Ga – Nguyễn Quân – Nguyễn

Hƣơng, tạp chí khoa học và cơng nghệ Đại học Đà Nẵng số 4(33).2009 [4].
Đây là đề tài nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xe gắn máy hybrid đƣợc
thực hiện tại Đại học Đà Nẵng. Bánh xe trƣớc và bánh xe sau đƣợc dẫn động trực
tiếp bằng hai động cơ điện có cơng suất lần lƣợt 500W và 1000W. Động cơ nhiệt
chạy bằng LPG đƣợc cải tạo từ động cơ tĩnh tại ngun thuỷ chạy bằng xăng có
cơng suất 2000W làm nhiệm vụ nạp điện cho bình Accu và hỗ trợ công suất cho xe
gắn máy khi cần thiết. Xe có thể tận dụng năng lƣợng phanh để nạp điện cho accu.
Hệ thống điều khiển điện tử đƣợc thiết kế cho phép xe gắn máy phối hợp công suất

các động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau.
Theo kết quả thử nghiệm cho thấy xe đạt đƣợc tốc độ 55km/h khi chạy bằng
điện, thấp hơn khoảng 10% so với cơng suất tính tốn. Bình LPG chứa 1kg nhiên
liệu và 4 bình Accu N12V-35AH nạp đầy xe có thể chạy đƣợc 160km. Hệ thống
động lực hybrid điện - LPG cho phép xe gắn máy đạt mức độ phát thải ô nhiễm
EURO IV.
-

“Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt động cơ lai trên xe gắn máy”, tác giả Phạm

Quốc Phong, Trƣờng đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, 2007 [5].
Sản phẩm của đề tài là động cơ lai, kết hợp giữa động cơ xăng có dung tích
xy lanh 97cm3 trên xe wave và động cơ điện 60VDC. Động cơ xăng đóng vai trị
chủ yếu và hoạt động khi xe chạy ở tốc độ 40 km/h trở lên, động cơ điện hoạt động

9

Luan van


ở tốc độ thấp hơn 40 km/h. Ngoài ra, động cơ điện dùng để khởi động cho động cơ
xăng và nạp điện cho Accu. Sự trao đổi moment giữa 2 động cơ này thông qua một
ly hợp điện từ. Ly hợp đƣợc điều khiển đóng ngắt nhờ vào các tín hiệu điều khiển.
Cả 2 động cơ đƣợc điều khiển chung tay ga. Các tín hiệu điều khiển động cơ đƣợc
lấy từ hệ thống điện của xe gắn máy. Xe nặng hơn xe nguyên bản 30 kg. Accu đƣợc
cung cấp từ 03 nguồn điện: điện từ máy phát, điện tiết kiệm từ quá trình phanh nạp
và nguồn điện dân dụng. Theo kết quả thử nghiệm, xe phát huy đƣợc hiệu quả cao
trong khu vực tiếp giáp giữa nội và ngoại thành hay vùng có đơng dân cƣ.
1.1.4.2 Ngồi nƣớc
Một số nƣớc nhƣ Nhật, Anh và Thái Lan đã chế tạo và tung ra thị trƣờng

một số mẫu xe máy hybrid. Điển hình hãng Honda đã giới thiệu mẫu xe lai
“scooter” với khả năng giảm khí thải gây ơ nhiễm mơi trƣờng và tiết kiệm nhiên
liệu. Xe lai này kết hợp hoạt động của một động cơ đốt trong phun xăng điện tử
50cc và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của
xe. Hệ thống sử dụng một bình Accu niken-hyđro để lƣu trữ năng lƣợng. Khi chạy
trên đƣờng bằng trong thành phố, động cơ điện sẽ dẫn động xe chạy với tốc độ đạt
30 km/h. Khi cần lực phát động lớn nhƣ tăng tốc hoặc lên dốc thì động cơ đốt trong
sẽ kết hợp với động cơ điện thông qua bộ truyền động đai vô cấp để tăng thêm công
suất kéo. Để tận dụng năng lƣợng, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc thì động cơ điện
sẽ trở thành máy phát điện nạp điện vào Accu. Mẫu xe này có hiệu suất rất cao và
giảm đƣợc 37% nồng độ CO trong khí thải so với xe gắn máy cùng cơng suất.

Hình 1.9: eCycle hybrid [6]

Hình 1.8: Honda hybrid scooter

10

Luan van