Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử thiết kế và chế tạo xe lai chạy bằng xăng và điện

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Lịch sử phát triển 2
1.3 Cấu trúc của đề tài 3
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG XE LAI 4
2.1 Khái niệm xe Lai 4
2.2 Hoạt động của hệ thống xe Lai 5
2.2.1 Chế độ sẵn sàng khởi hành 5
2.2.2 Chế độ chạy xe bình thường 7
2.2.3 Chế độ tăng tốc tối đa 8
2.2.4 Chế độ giảm tốc và dừng xe 8
2.3Cấu trúc của xe Lai 9
2.3.1 Khung xe 11
2.3.2 Động cơ điện 14
2.3.3 Động cơ xăng 15
2.3.4 Bộ sạc 16
2.4 Bộ điều khiển 16
2.4.1 Bộ điều khiển trung tâm 16
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 17
3.1 Lựa chọn phương án thiết kế 17
3.2 Thiết kế chi tiết khung xe 17
3.2.1 Định nghĩa 17
3.2.2 Chọn vật liệu thi công khung 18
3.3 Hệ thống treo 19
3.3.1 Chọn loại hệ thống treo 19
3.3.2Các bộ phận của hệ thống treo như sau: 20
3.3.3Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước 21
3.3.4Lựa chọn ống giảm chấn cho hệ thống treo 22

3.4 Tổng quan về biên dạng thân xe 23

2

3.4.1 Tính toán và lựa chọn vật liệu làm biên dạng thân xe 23
3.4.2 Tổng quan về vật liệu Composite 25
3.5Hệ thống lái 27
3.6 Hệ thống phanh 29
3.6.1 Công dụng của hệ thống phanh 29
3.6.2Phanh đĩa trước 30
3.6.3Phanh sau 32
3.6.4 Ưu điểm của phanh tang trống 33
3.7Thiết kế và chế tạo biên dạng thân xe 33
3.7.1Nguyên liệu đúc vỏ 33
3.7.2Quá trình thi công đúc vỏ xe 34
3.7.3 Ưu điểm của vỏ xe bằng vật liệu Composite: 35
3.8Tính chọn công suất động cơ điện và động cơ xăng 36
3.8.1Tính chọn động cơ điện 36
3.8.2 Tính toán chọn động cơ xăng 38
3.9 Thiết kế hệ truyền công suất kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện 39
3.9.1 Thiết kế hệ truyền động kết hợp 39
3.9.2 Nguyên lý hoạt động của xe Lai 43
3.9.3 Tính toán , bố trí hệ thống ắc quy, năng lượng. 45
3.9.4 Bộ điều khiển 46
3.9.5 Ưu điểm của xe Lai xăng-điện 48
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
PHỤ LỤC 51

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 : Động cơ mắc kiểu nối tiếp 4
Hình 2.2 : Động cơ mắc kiểu song song 5
Hình 2.3 : Động cơ mắc kiểu hỗn hợp 5
Hình 2.4 : Chế độ khởi động 6
Hình 2.5 : Chế độ khởi hành 6
Hình 2.6 : Chế độ chạy bình thường 7
Hình 2.7 : Chế độ tăng tốc tối đa 8
Hình 2.8 : Chế độ hãm tái sinh năng lượng 8
Hình 2.9 : Máy phát điện 9
Hình 2.10 : Bình ắc quy dung lượng cao 9
Hình 2.11 : Bộ phận chuyển đổi 10
Hình 2.12 : Kết hợp động cơ xăng và động cơ điện 10
Hình 2.13 : Khung gầm hình chiếc thang[2] 11
Hình 2.14 : Khung gầm hình chiếc thang được sử dụng trên xe AC COBRA[10] 12
Hình 2.15 : Bộ khung gầm hình ống rỗng cấu trúc rất phức tạp[10] 12
Hình 2.16 : Một loại khung gầm liền khối 13
Hình 2.17 : Một chiếc xe có loại khung gầm liền khối 14
Hình 2.18 : Động cơ xe Lai 15
Hình 3.1 : Hình ảnh bản vẽ thiết kế khung xe 18
Hình 3.2 : Hình ảnh khung xe đang thi công 19
Hình 3.3 : Hình ảnh khung xe sau khi thi công 19
Hình 3.4 : Hình ảnh hệ thống treo độc lập 20
Hình 3.5 : Hình ảnh ống giảm chấn cho hệ thống treo. 22
Hình 3.6 : Biểu đồ dao động của ống giảm chấn 23

Hình 3.7 :Bản vẽ biên dạng thân xe 23
Hình 3.8 : Biểu đồ trọng lượng biên dạng thân xe 24
Hình 3.9 : Bản vẽ thiết kế hệ thống lái hai bánh dẫn hướng 27
Hình 3.10 : Đồ thị quan hệ giữa góc quay các bánh lái 28
Hình 3.11 : Sơ đồ bố trí và kết nối hệ thống phanh 30

4

Hình 3.12 : Hình ảnh phanh đĩa trước được mô tả trong bản vẽ. 30
Hình 3.13 : Hình ảnh phanh đĩa trước được gắn trên xe 31
Hình 3.14 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống phanh đĩa 31
Hình 3.15 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống phanh đĩa khi hoạt động 32
Hình 3.16 : Hình ảnh hệ thống phanh tang trống 32
Hình 3.17 : Hình ảnh biên dạng toàn thân xe 33
Hình 3.18 : Khuôn đúc Composite được gia công bằng thạch cao 34
Hình 3.19 : Hình ảnh thực tế của coposite được gia công bằng khuôn thạch cao 35
Hình 3.20 : Hình ảnh thực tế kết quả sau khi thi công của vỏ xe. 35
Hình 3.21 : Hình ảnh động cơ điện. 38
Hình 3.22 : Hình ảnh động cơ xăng. 39
Hình 3.23 : Hình ảnh thực tế của nhông đơn hướng 40
Hình 3.24 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống truyền động kết hợp 40
Hình 3.25 : Hình ảnh bản vẽ sơ đồ tỷ số truyền động của động cơ điện đến truyền
động kết hợp 41
Hình 3.26 : Hình ảnh sơ đồ tỷ số truyền động của động cơ xăng đến truyền động
kết hợp 42
Hình 3.27 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống nguyên lý làm việc của xe Lai xăng – điện 43
Hình 3.28 : Sơ đồ điều khiển động cơ điện 44
Hình 3.29 : Đồ thị hoạt động 44
Hình 3.30 : Sơ đồ kết nối bình ắc quy trên xe 45
Hình 3.31 : Hình ảnh bình ắcquy được trang bị cho xe 45

Hình 3.32 : Hình sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên xe Lai 46
Hình 3.33 : Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động điện 47
Hình 3.34 : Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động bằng động cơ xăng 47
Hình 3.35 : Hình ảnh sơ đồ khối của hệ thống 47


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 : Kết quả phân tích trọng lượng của từng loại vật liệu lên biên dạng khung xe. 24
Bảng 3.2 : Bảng thông số các chi tiết của hệ thống lái 28
Bảng 4.1 : Quá trình chạy thử nghiệm 49



1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay khi nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt việc sử dụng
năng lượng một cách hiệu quả là một trong những nghiên cứu cần thiết [7]. Bên
cạnh đó việc nghiên cứu phương tiện giao thông có khả năng giảm thiểu lượng khí
thải và bảo vệ môi trường là đề tài cấp bách của xã hội.
Nghiên cứu và sử dụng sự kết hợp giữa nguồn năng lượng điện và xăng đang
được các nhà khoa học quan tâm, khoảng 300 năm trước nhà phát minh người Pháp
Nicolas - Joseph Cugnot đã là người đầu tiên đặt nền tảng cho hệ thống này. Xe ô tô
ngày nay đã trở thành một phương tiện không thể thiếu trong xã hội chúng ta. Chính
vì thế tình trạng ô nhiễm do khí thải do động cơ xe gây ra đang là một vấn đề rất
nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay. Bên cạnh là cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm
1973 đã đẩy giá đầu thô lên đến 97,17 USD/thùng (năm 2012) các nước xuất khẩu
dầu mỏ đã sử dụng hết công suất khai thác nhưng cũng rất khó khăn để giảm được

nhiệt của cơn sốt dầu thô[8]. Trước tình trạng đó nguồn tài nguyên dầu trong lòng
đất sẽ cạn kiệt trong một thời gian không xa. Việc sử dụng tiết kiệm nguồn năng
lượng này kết hợp với các nguồn năng lượng mới đang trở thành chiến lược trong
chính sách năng lượng của nhiều quốc gia phát triển.
Nhận thức được tình hình thực tại của xã hội về việc sử dụng tiết kiệm nguồn
tài nguyên, vấn đề ô nhiễm khí thải từ phương tiện giao thông và trước cơn sốt về
nguồn nhiên liệu. Đây cũng chính là lý do nhóm tác giả chọn đề tài “tính toán thiết
kế và thi công xe Lai chạy bằng xăng và điện”. Trong đề tài này nhóm tác giả đã
thiết kế và chế tạo thành công xe Lai với việc sử dụng nhiên liệu tiết kiệm lên đến
40%.
Mục đích của đề tài
Từ những thực tiễn và qua phân tích các giải pháp đã biết nhóm tác giả đã
chọn đề tài “tính toán thiết kế và thi công xe Lai chạy bằng năng lượng xăng và
điện” với mục đích tìm giải pháp mới về phương tiện giao thông vận hành tiết kiệm

2

nhiên liệu hơn, thân thiện môi trường giảm thiểu ô nhiễm khí thải, một phần nào đó
có thể hạ nhiệt trước cơn sốt về nguồn nhiên liệu và đặc biệt là tiết kiệm về kinh tế
phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.
Bên cạnh đó đây cũng là kiểu xe ba bánh đầu tiên tại Việt Nam với kiểu dáng
và thiết kế mới. Nhóm tác giả hy vọng với chiếc xe Lai này có thể ứng dụng để sản
xuất hàng loạt vào thị trường trong nước.
1.2 Lịch sử phát triển
Năm 1899những chiếc xe Lai đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon. Nó được
chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly
của Pháp[1]. Xe Pieper là một kiểu xe Lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm
mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì. Ắc quy sẽ được
nạp khi xe đang chạy đều trên đường hoặc khi xe hoạt động tại chỗ. Khi công suất
dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, động cơ điện sẽ cung

cấp thêm công suất cho động cơ xăng hoặc ngược lại.
Đến năm 1903 Camille Jenatzy người Pháp đã giới thiệu một chiếc xe Lai
động cơ mắc kiểu song song tại Paris Slon[1]. Chiếc xe này kết hợp một động cơ
xăng 6 hp và một động cơ điện 14 hp, nó có thể nạp điện lại cho ắc quy từ động cơ.
Một người Pháp khác là H.Krieger chế tạo một chiếc xe Lai động cơ mắc kiểu nối
tiếp vào năm 1902. Thiết kế của ông dùng hai động cơ một chiều dẫn động hai bánh
trước, chúng lấy năng lượng từ 44 bình ắc quy chì, ắc quy này được nạp lại bằng
một máy phát điện một chiều dẫn động bởi động cơ sử dụng cồn đánh lửa cưỡng
bức.
Những chiếc xe Lai khác, cả nối tiếp và song song đã được chế tạo trong suốt
khoảng thời gian từ 1899 đến 1914. Trong thời gian này phanh điện đã được sử
dụng trong các mẫu thiết kế nhưng nó không đề cập đến phanh phục hồi năng
lượng. Hầu hết các xe trên đều sử dụng phanh điện bằng cách nối ngắn mạch hoặc
mắc điện trở trên phần ứng của động cơ điện.
Những xe Lai thế hệ đầu được chế tạo để hỗ trợ thêm cho các động cơ
xănghoặc mở rộng tầm hoạt động của xe điện. Chúng ứng dụng những công nghệ
điện cơ bản có sẵn. Mặc dù có nhiều sáng tạo trong thiết kế, nhưng những chiếc xe

3

Lai này không thể cạnh tranh nổi với xe có động cơ xăng được cải tiến đáng kể sau
Chiến tranh Thế Giới I. Động cơ xăng được cải thiện tốt về mặt công suất, các động
cơ trở nên nhỏ hơn hệu quả hơn và không cần sự hỗ trợ của các động cơ điện trong
thời gian dài. Sự tăng giá do thêm động cơ điện và sự độc hại từ ắc quy chì đã làm
cho thị trường sản xuất xe Lai chìm xuống sau Chiến tranh Thế Giới I.
Trải qua hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và năm 1977 bên cạnh đó
vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm hơn, xe Lai đã bắt đầu xuất hiện trên
thị trường. Các nhà nghiên cứu bị thu hút bởi xe Lai, vì vậy đã có nhiều mẫu xe
được chế tạo trong thập niên 80. Xe Lai được sự hấp dẫn trong thời kỳ này nhưng
do thiếu sự phát triển của điện tử công suất ứng dụng, động cơ điện hiện đại và công

nghệ ắc quy nên công nghệ phát triển chưa cao.
Khái niệm xe Lai đã thật sự trở nên hấp dẫn nhất vào thập niên 90. Tập đoàn
Ford Motor đã khởi động chương trình “Thách thức xe Lai điện Ford” thu hút sự nỗ
lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe Lai cho sản xuất ô tô. Năm
1997 đánh dấu lịch sử của xe Lai với hai mẫu xe Prius của Toyota và Civic Hybrid
của Honda, chúng có 1 giá trị lịch sử trong kỷ nguyên hiện đại vì đáp ứng vấn đề
tiêu thụ tiết kiệm nhiên liệu trên xe và vấn đề môi trường.
1.3 Cấu trúc của đề tài
Cấu trúc của đề tài gồm 4 chương: Chương 1 trình bày phần tổng quan,
chương 2 giới thiệu về hệ thống xe lai, chương 3 thiết kế và thi công, chương 4 kết
luận và phương hướng phát triển.


4

CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG XE LAI
2.1 Khái niệm xe Lai
Xe Lai là loại dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ là sự tính toán kết
hợp giữa hai nguồn công suất dẫn động khác nhau một động cơ xăng thông thường
với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển trung tâm sẽ quyết
định khi nào thì động cơ điện hoạt động độc lập, khi nào thì động cơ xăng hoạt
động độc lập, khi nào thì vận hành kết hợp đồng bộ giữa hai động cơ và khi nào nạp
điện vào ắc quy để sử dụng.
Có rất nhiều cách phối hợp hai loại động cơ này có thể là nối tiếp, song song
hay hỗn hợp:
Động cơ mắc kiểu nối tiếp: Động cơ điện là nguồn lực kéo xe duy nhất tiếp
nhận điện năng cung cấp từ ắc quy. Khi điện tích của ắc quy trở nên quá thấp, động
cơ xăng sẽ được khởi động để kéo máy phát nhằm cung cấp điện năng cho động cơ
điện tiếp tục kéo và đồng thời cũng để nạp điện cho ắc quy.

Hình 2.1 : Động cơ mắc kiểu nối tiếp[10]
Động cơ mắc kiểu song song: Sử dụng cả động cơ xăng và động cơ điện để
cung cấp lực kéo khi xe di chuyển với tộc độ cao. Ở tốc độ thấp, động cơ xăng được
tắt đi và chỉ có động cơ điện được sử dụng để cung cấp lực kéo.

5


Hình 2.2 : Động cơ mắc kiểu song song [10]
Động cơ mắc kiểu hỗn hợp: Bộ phận động cơ điện vừa có thể kéo xe vừa có
thể nạp điện lại cho ắc quy và động cơ xăng có thể tách rời khỏi hệ thống để thay
thế bằng một động cơ điện khi cần thiết bằng một bộ chuyển đổi nguồn lực.


Hình 2.3 : Động cơ mắc kiểu hỗn hợp [10]
2.2 Hoạt động của hệ thống xe Lai
2.2.1 Chế độ sẵn sàng khởi hành
Ở chế độ này đèn báo sẽ sáng lên để thông báo với người lái xe rằng xe đã sẵn
sàng hoạt động.

6

Để khởi động xe người lái bật chìa khóa khởi động sang vị trí ON trong khi đó
cần số vẫn giữ nguyên ở vị trí 0 và đạp chân vào bàn đạp phanh. Sau khi khởi động,
động cơ chính của xe sẽ tự động quay hay ngừng quay phụ thuộc vào nhiệt độ của
động cơ và tình trạng của ắc quy cao áp, mục đích là để tăng cường tiết kiệm nhiên
liệu.

Hình 2.4 : Chế độ khởi động

Hình 2.5 : Chế độ khởi hành

7

Ban đầu năng lượng đến từ ắc quy cao áp qua bộ chuyển đổi cấp cho động cơ
xăng để cấp điện cho bugi đánh lửa và động cơ này khởi động làm quay trục khuỷu
của động cơ. Khi quá trình khởi động kết thúc động cơ xăng nạp điện trở lại cho ắc
quy cao áp nhờ máy phát.
Khi chuyển cần số sang các vị trí tương ứng và nhả bàn đạp phanh, xe bắt đầu
di chuyển. Lúc này chỉ có động cơ điện dẫn động bánh xe chủ động quay ở dải tốc
độ thấp. Cuối quá trình này, động cơ xăng mới bắt đầu tham gia dẫn động cho xe
tăng tốc dần đến dải tốc độ thông thường.
2.2.2 Chế độ chạy xe bình thường
Khi xe đã đạt đến tốc độ ổn định, cả động cơ xăng và động cơ điện đều tham
gia dẫn động cho bánh xe chủ động. Công suất từ động cơ xăng được chia thành hai
phần: một phần dẫn động cho bánh xe chủ động, còn một phần làm quay máy phát
điện. Dòng điện được sinh ra trong máy phát qua bộ chuyển đổi đến làm quay động
cơ điện. Sự phân bố công suất động cơ như vậy nhằm tối ưu hóa trong tiết kiệm
nhiên liệu. Khi cần thiết, công suất dư thừa sinh ra từ động cơ xăng sẽ được máy
phát tiếp nhận để nạp điện trở lại cho ắc quy cao áp.

Hình 2.6 : Chế độ chạy bình thường

8

2.2.3 Chế độ tăng tốc tối đa
Khi muốn tăng tốc tối đa, ắc quy cao áp sẽ cung cấp thêm năng lượng vào
động cơ điện qua bộ chuyển đổi để khuếch đại công suất lên mức tối đa, bên cạnh
đó động cơ xăng cũng tăng tốc theo để xe chạy với vận tốc cao nhất.

Hình 2.7 : Chế độ tăng tốc tối đa
2.2.4 Chế độ giảm tốc và dừng xe

Hình 2.8 : Chế độ hãm tái sinh năng lượng

9

Trong quá trình giảm tốc, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện
được dẫn động nhờ động năng từ bánh xe chủ động. Người ta gọi chế độ này là chế
độ “hãm tái sinh năng lượng” khi mà động năng được chuyển hóa thành điện năng
thông qua bộ chuyển đổi để nạp lại cho ắc quy cao áp của xe.
2.3 Cấu trúc của xe Lai
Cấu trúc chủ yếu của xe Lai gồm có những đặc điểm sau:
Máy phát điện có khả năng cung cấp một điện lượng lớn cho bình ắc quy ngay
cả khi động cơ xăng có tốc độ quay rất thấp.


Hình 2.9 : Máy phát điện[5]
Bình ắc quy có khả năng tích trữ nhanh một điện tích đủ lớn để có thể cung
cấp cho một động cơ điện khi cần thiết nhằm thay thế hay phụ trợ cho động cơ xăng
trong quá trình vận hành xe.

Hình 2.10 : Bình ắc quy dung lượng cao[3]

10

Bộ phận chuyển đổi từ chạy bằng động cơ xăng sang động cơ điện khi bình ắc
quy đủ mạnh và ngược lại khi lượng điện tích trữ của bình ắc quy xuống thấp đến
một mức giá trị nào đó.

Hình 2.11 : Bộ phận chuyển đổi[3]
Ngoài việc cung cấp lực kéo, động cơ điện còn có thể tạo lực cản khi đạp
thắng giúp cho các bộ phận thắng ít bị mài mòn. Trớn chạy của xe ngay sau khi đạp
thắng cũng được tận dụng để làm quay máy phát điện tạo nguồn cung cấp thêm cho
ắc quy.
Động cơ điện và động cơ xăng kết hợp hài hòa với nhau cung cấp lực dẫn
động cho xe vận hành ở nhiều chế độ vận hành tạo điều kiện cho động cơ xăng tiêu
thụ ít nhiên liệu mà có thể hoạt động bình thường.

Hình 2.12 : Kết hợp động cơ xăng và động cơ điệnơ10]

11

2.3.1 Khung xe
Khung là phần chịu lực quan trọng của một chiếc xe, nó được thiết kế để chịu
tải bao gồm tải trọng bản thân xe, tải trọng các vật liệu xe chở theo, chịu lực quán
tính khi xe chuyển động và khi dừng đột ngột. Bên cạnh đó nó cũng sẽ quyết định
hình dáng, kích thước, độ bền và khả năng cơ động của xe. Chính vì những lí do
trên nên trong quá trình chế tạo khung xe vấn đề về vật liệu làm khung luôn được
quan tâm hàng đầu. Có rất nhiều loại vật liệu để làm khung xe chẳng hạn như:
nhôm, inox, thép…So sánh về các mặt như độ cứng, khả năng chịu lực uốn, xoắn,
khả năng chế tạo, tính kinh tế…Nhận thấy được rằng thép vẫn luôn là vật liệu hàng
đầu về sản xuất khung xe.
Hiện nay, một số hãng xe nổi tiếng cũng sử dụng khung xe bằng vật liệu là
thép như: HUYNDAI, ISUZU, HINO, MITSUBITSHI…
Giới thiệu một số loại khung gầm:
a. Khung gầm hình chiếc thang[2]
Đây là loại khung gầm ra đời sớm nhất, hầu như tất cả các mẫu xe trên thế giới
đều sử dụng loại khung gầm này. Thậm chí, các mẫu SUV hiện đại ngày nay vẫn

còn dùng khung gầm hình chiếc thang.
Đặc điểm của loại khung gầm này là: Vật liệu chế tạo là thép hai thanh dọc là
thành phần chịu lực chính, chúng có khả năng chịu tải và các lực tác động theo
chiều dọc xuất hiện khi tăng tốc hoặc phanh. Mặt khác, các thanh giằng chéo và hai
bên có tác dụng chống đỡ các lực tác dụng bên đồng thời tăng độ cứng xoắn cho
khung.

Hình 2.13 : Khung gầm hình chiếc thang[2]

12

Ngày nay, khung gầm hình chiếc thang không sở hữu nhiều ưu điểm ngoài giá
thành rẻ và dễ lắp ráp bằng tay. Tuy nhiên, vì có cấu trúc 2 chiều nên độ cứng xoắn
thấp hơn hẳn so với các loại khung gầm khác, đặc biệt khi chịu tác động của trọng
tải đứng hoặc xóc nảy lên.
Các loại xe sử dụng khung gầm hình chiếc thang: dòng xe SUV, xe cổ,
Lincoln Town, Ford Crown Victoria…[10]

Hình 2.14 : Khung gầm hình chiếc thang được sử dụng trên xe AC COBRA[10]
b. Khung gầm hình ống rỗng
Đặc điểm khung gầm hình ống rỗng là sử dụng nhiều các ống thép cắt hình
tròn hàn gắn kết với nhau. Các ống được đặt theo nhiều hướng khác nhau nhằm tạo
ra lực cơ học chống lại các lực tác động từ khắp mọi hướng đến khung xe. Chúng
được hàn lại với nhau và tạo thành một cấu trúc rất phức tạp và định hình. Có một
số loại xe sử dụng khung gầm hình ống rỗng để có thể tăng tỷ số độ cứng trên trọng
lượng.

Hình 2.15 : Bộ khung gầm hình ống rỗng cấu trúc rất phức tạp[10]

13

Ưu điểm của khung gầm dạng này là rắn chắc từ mọi phía tác động so với
khung gầm hình chiếc thang với trọng lượng tương đương, tuy nhiên lại rất phức tạp
trong quá trình chế tạo chế tạo nhưng lại dễ dàng hơn trong quá trình gá đặt máy
cũng như các bộ phận của xe vào khung xe.[2]
Ngày nay,rất nhiều loại xe ứng dụng khung gầm hình ống rỗng: toàn bộ mẫu
xe của Ferrari ra đời sau 360M, Lamborghini Diablo, Jaguar XJ220, Caterham,
TVR…[10]
c. Khung gầm liền khối
Hiện nay, cũng có rất nhiều mẫu xe sản xuất trên thế giới được trang bị khung
gầm thép liền khối nhờ chi phí sản xuất thấp và phù hợp với dây chuyền tự động.
Đặc điểm của khung gầm liền khối là cấu trúc một mảnh tạo hình cho kiểu
dáng tổng thể của chiếc xe và nối liền với thân xe thành một khối. Trên thực tế,
khung gầm liền khối là sự kết hợp của nhiều miếng hàn chặt với nhau. Trong đó,
miếng có kích thước lớn nhất là sàn xe, các miếng khác được nén chặt bằng máy
đầm. Chúng được hàn điểm với nhau bằng robot hoặc lazer trong dây chuyền sản
xuất. Toàn bộ quá trình chỉ diễn ra trong vài phút. Sau đó, một số phụ kiện khác như
cửa, ca-pô, nắp thùng xe, pa-nô bên và trần được ghép thêm vào.

Hình 2.16 : Một loại khung gầm liền khối [10]
Với ưu điểm có thể sản xuất hàng loạt rẻ, khả năng bảo vệ khi xảy ra va chạm
tốt và tiết kiệm không gian nên nó được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo ô tô
ngày nay. Khung gầm liền khối có khả năng bảo vệ người lái khi xảy ra va chạm.

14

Do sử dụng rất nhiều kim loại nên vùng biến dạng có thể được ghép liền luôn trong
cấu trúc. Toàn bộ cấu trúc thực chỉ là một lớp vỏ bên ngoài nên không cần đến sự
có mặt của ống truyền động lớn, ngưỡng cửa cao hay thanh uốn to bản…phù hợp
cho sản xuất hàng loạt. Trái lại, khung gầm liền khối lại nặng, không thích hợp cho

các dây chuyền sản xuất qui mô nhỏ. Ngoài ra, chi phí lắp đặt công cụ như máy đập
và khuôn rất cao. Tỷ số độ cứng trên trọng lượng của khung gầm liền khối thuộc
hạng thấp nhất so với các loại tương đương khác trừ khung gầm hình chiếc thang và
hình ống rỗng.
Các loại xe ứng dụng khung gầm liền khối: gần như toàn bộ các mẫu xe sản
xuất hàng loạt và tất cả thành viên của gia đình Porsche.

Hình 2.17 : Một chiếc xe có loại khung gầm liền khối [10]
2.3.2 Động cơ điện
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại động cơ điện. Nhưng đối với động
cơ điện của xe Lai thì được chia làm hai loại chính đó là loại động cơ có chổi than
và loại không có chổi than. Ở xe Lai này nhóm tác giả đã chọn động cơ điện một
chiều không chổi than làm động cơ điện chính cho xe.
Động cơ điện một chiều có đặc điểm tối ưu nổi trội là moment khởi động rất
lớn, đặc biệt là với động cơ không chổi than còn có ưu điểm là không gây tia lửa khi

15

làm việc nên có thể làm việc tại mọi điều kiện của môi trường nên rất thích hợp
trong điều kiện sử dụng chung với động cơ xăng.
Động cơ điện trong xe Lai có chức năng giống như một động cơ xăng, nó có
thể hoạt động để vận hành xe một cách độc lập ở chế độđiệnhay hoạt động ở chế độ
phụ trợ thêm công suất cho động cơ xăng trong từng điều kiện hiện hành của xe.
2.3.3 Động cơ xăng
Cấu tạo động cơ xăng của xe Lai theo hướng chỉ cung cấp đủ sức cho nó chạy
trên địa hình bằng phẳng ở công suất trung bình, chứ không cần đáp ứng yêu cầu
vận hành tối đa. Do đó sẽ tiết kệm nhiên liệu và hiệu quả vận hành cao.
Khi xe cần tăng tốc đột ngột hoặc chạy trên địa hình đồi núi, vượt vật cản, lúc
này động cơ xăng cần sự hỗ trợ công suất, chính động cơ điện và bình ắc quy dung
lượng cáo sẽ đảm nhận nhiệm vụ này.

Khi xe dừng lại, động cơ xăng sẽ tự động nghỉ, trong khi đó động cơ điện vẫn
chạy để cung cấp thêm năng lượng cho bình ắc quy thông qua bộ chuyển đổi.
Chức năng làm việc của động cơ xăng cũng giống như động cơ điện. Động cơ
xăng có thể được vận hành độc lập hay kết hợp chung với động cơ điện ở mọi điều
kiện hiện hành của xe, ngoài ra động cơ xăng còn làm nhiệm vụ kéo máy phát điện
cung cấp năng lượng cho bình ắc quy để phục vụ cho động cơ điện hoạt động.

Hình 2.18 : Động cơ xe Lai [5]

16

2.3.4 Bộ sạc
Hệ thống sạc của xe Lai bao gồm máy phát sẽ được hoạt động khi xe xuống
dốc, giảm tốc độ hay được hoạt động liên tục khi dung lượng bình ắc quy xuống
thấp nhất và được điều khiển bởi một hệ thống sạc. Hệ thống này có nhiệm vụ kiểm
soát dung lượng của bình và tình trạng hoạt động của xe, khi xe xuống dốc hay
giảm tốc độ hệ thống sẽ khởi động máy phát hoạt động để nạp điện cho bình ắc quy.
2.4 Bộ điều khiển
2.4.1 Bộ điều khiển trung tâm
Tất cả mọi chế độ hoạt động của xe sẽ được một bộ điều khiển trung tâm (gọi
tắt là ECC - Electronic Control Center)[2] điều khiển thông qua các tín hiệu vào từ
vị trí các cần hoặc nút điều khiển, cảm biến vị trí tay ga, công tắc chuyển đổi chế độ
hoạt động “bình thường” hoặc “phụ trợ” của xe. Sau đó nó xử lý tín hiệu và thực
hiện điều khiển đến bộ thay đổi điện áp cấp cho động cơ điện, rơ le đóng ngắt mạch
điện, máy phát điện, hay điều khiển ga ở động cơ xăng…


17

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
3.1 Lựa chọn phương án thiết kế
Thiết kế mới một số hệ thống và chọn các vật liệu có sẵn với phương án này,
ta sẽ thiết kế bố trí hệ thống cung cấp năng lượng điện, biên dạng vỏxe, hệ thống
dẫn động, khung gầm và các hệ thống khác như lái, hệ thống treo, phanh theo các
quy định an toàn khi lưu thông trên đường. Chọn các vật liệu có sẵn dựa trên các
thông số tính toán, kiểm nghiệm lại sau đó tiến hành lắp ráp.
Ưu điểm:
Phù hợp với điều kiện kỹ thuật ở nước ta.
Đảm bảo các quy định của nhà nước về an toàn giao thông.
Giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành xe.
Thời gian để đưa sản phẩm vào thực tế được rút ngắn.
Giá thành sẽ ít hơn so với chế tạo mới.
Đảm bảo được an toàn, sự tiện nghi khi sử dụng.
Có thể có nhiều phương án bố trí thích hợp.
Nhược điểm: Vẫn còn phụ thuộc vào đặc tính của một số phụ kiện có sẵn.
Kết luận: Dựa vào những phân tích ở trên ta thấy phương án đảm bảo được tất
cả các chỉ tiêu đã đưa ra và đảm bảo với trình độ kỹ thuật và có thể sản xuất được.
3.2 Thiết kế chi tiết khung xe
3.2.1 Định nghĩa
Khung là phần chịu lực quan trọng của xe, nó được thiết kế để chịu tải bao
gồm tải trọng bản thân xe, tải trọng các vật liệu xe chở theo, chịu lực quán tính khi
xe chuyển động và khi dừng đột ngột. Bên cạnh đó nó cũng sẽ quyết định hình
dáng, kích thước, độ bền và khả năng cơ động của xe. Chính vì những lí do trên nên
trong quá trình chế tạo khung xe vấn đề về vật liệu làm khung luôn được quan tâm
hàng đầu.

18

3.2.2 Chọn vật liệu thi công khung

Có rất nhiều vật liệu để làm khung như nhôm, inox, thép. Đối với nhôm ta nên
sử dụng nhôm cường lực vì nó có khả năng chịu lực, chống biến dạng tốt, bên cạnh
đó nó còn nhẹ nhưng độ cứng cơ khí cao. Inox cũng đáp ứng tốt về khả năng chịu
lực và trọng lượng cũng nhỏ. Nhưng nếu sử dụng nhôm và inox trong quá trình làm
khung thì có giá thành cao và phức tạp trong quá trình thi công.

Hình 3.1 : Hình ảnh bản vẽ thiết kế khung xe
Kết cấu khung thiết kế có kích thước tổng thể như sau: chiều dài 2.7m, chiều
rộng 1.35m và chiều cao 1.45m. Sử dụng thép ống Ф 27, dày 2mm đối với dầm, còn
lại dày 1.5mm và được bố trí với 3 bánh xe.
Đặc điểm khung gầm hình ống rỗng là sử dụng nhiều các ống thép cắt hình
tròn. Các ống thép này được đặt theo nhiều hướng khác nhau nhằm tạo ra lực cơ
học chống lại các ngoại lực tác động từ khắp mọi hướng. Chúng được hàn lại với
nhau bằng phương pháp hàn điện và tạo thành một khối có cấu trúc định hình và
vững chắc.
Ưu điểm của khung gầm dạng này là rắn chắc từ mọi phía so với khung gầm
hình chiếc thang và khung gầm liền thân với trọng lượng tương đương, nhưng lại rất
phức tạp, tốn kém và mất nhiều thời gian để chế tạo.

19


Hình 3.2 : Hình ảnh khung xe đang thi công



Hình 3.3 : Hình ảnh khung xe sau khi thi công
3.3 Hệ thống treo
3.3.1 Chọn loại hệ thống treo
Hệ thống treo được phân loại theo bộ phận hướng gồm có hai loại là hệ thống

treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc, theo đặc của điểm của xe ta chọn hệ thống
treo độc lập đối với hệ thống treo trước.