Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ THANH DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ
THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Thái Nguyên - 2019


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ THANH DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ
THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 8520116

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PHÓ TRƯỞNG KHOA

TS. Nguyễn Trung Kiên

PGS TS. Lê Văn Quỳnh

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên - 2019


i

LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Phạm Thị Thanh Dung
Học viên: Lớp Cao học K19 Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái
Nguyên.
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ
thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện”
Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực
Mã số: 85 20116
Sau thời gian hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường. Để
đánh giá kết quả học tập nghiên cứu của mình, em lựa chọn thực hiện đề tài
tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo
đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện”. Được sự giúp đỡ của các Thầy, cô
giáo trong Khoa Kỹ thuật Ô tô – MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp, Đại học Thái Nguyên và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh và sự nỗ lực của bản thân, đề tài của em đã được
hoàn thành đáp ứng được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số
liệu, kết quả có trong Luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.

Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2019
Học viên

Phạm Thị Thanh Dung


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên, Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép
tôi thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô
và Máy động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học tập và
làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Lê Văn Quỳnh đã hướng dẫn tôi
hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Cơ quan nơi tôi công tác
đã tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình học tập.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy
trong hội đồng chấm luận văn đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu
để tôi có thể hoàn chỉnh luận văn này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè,
những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi học tập.
Tuy nhiên do còn có hạn chế về thời gian cũng như kiến thức của bản
thân nên đề tài của tôi có thể còn nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự
góp ý để luận văn được hoàn thiện hơn.

Học viên

Phạm Thị Thanh Dung


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................... viii
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .............................. 3
1.1. Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường và phát triển ô tô
điện .................................................................................................................... 3
1.1.1 Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường ............................. 3
1.1.2. Phát triển ô tô điện[29]............................................................................ 7
1.2. Tổng quan về xe ô tô điện .......................................................................... 8
1.2.1. Giới thiệu chung ...................................................................................... 8
1.2.2. Lịch sử và sự phát triển[26] .................................................................... 8
1.2.3. Đặc điểm cấu tạo ................................................................................... 10
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài ..................................... 17
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước.......................................................... 17
1.3.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ......................................................... 20
1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của luận văn ................................. 22
1.5. Kết luận chương ....................................................................................... 22
CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG MÔ
HÌNH DAO ĐỘNG XE Ô TÔ ĐIỆN ............................................................. 23
2.1. Dao động và độ êm dịu chuyển động ....................................................... 23

2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ......................................... 26
2.2.1 Cường độ dao động ................................................................................ 26
2.2.2. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động ...................... 27


iv

2.2.3. Đánh giá cảm giác theo công suất dao động ......................................... 29
2.3. Xây dựng mô hình dao động .................................................................... 30
2.4 Thiết lập hệ phương trình vi phân cho cơ hệ ............................................ 32
2.4.1. Khối lượng được treo ............................................................................ 33
2.4.2 Khối lượng của động cơ ......................................................................... 34
2.4.3. Khối lượng không được treo ................................................................. 35
2.5. Phân tích và lựa chọn kích thích dao động từ mấp mô mặt đường.......... 36
2.5.1. Mấp mô mặt đường hình sin ................................................................. 36
2.5.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế ......................... 37
2.5.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO ............................................ 41
2.6. Kết luận: ................................................................................................... 43
CHƯƠNG 3 : MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG HỆ THỐNG
TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG Ô TÔ ĐIỆN ............................ 45
3.1.Mô phỏng cơ hệ dao động ......................................................................... 45
3.2. Mô phỏng các trường ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động ............... 48
3.3. Kết luận: ................................................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 56


v

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam[2]. ..... 3

Hình 1.2. Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính
của Việt Nam năm 2011[2]. .............................................................................. 4
Hình 1.3. Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra[2]. 4
Hình 1.4. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm do các phương tiện........................ 5
cơ giới đường bộ gây ra[2]. ............................................................................... 5
Hình 1.5. Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2011[2]. ... 6
Hình 1.6. EV by Thomas Davenport (1834) .................................................... 8
Hình 1.7 Sự phát triển của xe điện [26] ......................................................... 10
Hình 1.8 Cấu tạo ô tô điện cơ bản .................................................................. 10
Hình 1.9. Các kiểu bố trí động cơ điện trên xe ô tô điện ................................ 11
Hình 1.10 Xe sử dụng motor dẫn động đầu tiên trên thế giới[28] .................. 13
Hình 1.11. Hình ảnh tổng quan mô tơ điện tích hợp trong bánh xe[] ............. 14
Hình 1.12. Cấu tạo của bánh xe tích hợp động cơ điện .................................. 15
Hình 1.13. Mô-tơ điện trong bánh xe, nhưng cũng là máy phát để thu hồi
động năng khi phanh ....................................................................................... 15
Hình 1.14. Bánh xe gắn mô-tơ yêu cầu độ kín khít, cách điện ....................... 16
Hình 1.15. Mô hình bánh xe eConer của Siemens .......................................... 16
Hình 2.1. Các dạng dao động của thân xe....................................................... 23
Hình 2.2. Hệ thống "Đường-Xe-Người" ......................................................... 25
Hình 2.3. Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng .................................. 29
Hình 2.4 Mô hình cấu tạo động cơ điện tích hợp trong bánh xe [22] ............. 30
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí các thông số hệ thống treo ô tô và động cơ điện[22] .. 31
Hình 2.6. Mô hình động lực học của cơ hệ[22] .............................................. 32
Hình 2.7. Các lực tác dụng lên khói lương được treo ..................................... 33
Hình 2.8. Hình ảnh minh họa lực kích thích động cơ điện ............................. 34
Hình 2.9. Lực tác dụng lên khối lượng không được treo ................................ 35


vi

Hình 2.10. Hàm điều hoà của mấp mô ............................................................ 36
Hình 2.11. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] ................... 38
Hình 2.12. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 1) ........................................................................................... 39
Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) ...................................................................... 39
Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) ........................................................................................... 40
Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) ...................................................................... 40
Hình 2.16. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 42
Hình 2.17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường
có chất lượng trung bình) ................................................................................ 43
Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường
có chất lượng rất xấu)...................................................................................... 43
Hình 3.1. Sơ đồ khối mô phỏng trong Matlab/simulink ................................. 47
Hình 3.2. So sánh gia tốc theo phương thẳng đứng thân xe điện trong có kể
đến kích thích động cơ điện và không kể đến kích thích của động cơ điện ... 48
Hình 3.3. So sánh gia tốc theo phương thân xe trong trường hợp có trang bị và
không trang bị hệ thống treo động cơ điện bánh xe ........................................ 49
Hình 3.4. Các gia tốc bình phương trung bình khi K thay đổi. ...................... 51
Hình 3.5. Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi ........................ 53


vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1.............. 27
Bảng 2.2. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]
......................................................................................................................... 42
Bảng 3.1. Bảng thông số kỹ thuật của xe điện[22] ....................................... 46
Bảng 3.2.Các gia tốc bình phương trung bình thân xe khi K thay đổi............ 50
Bảng 3.3. Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi ....................... 52

viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký
hiệu

Đơn vị

Giải nghĩa

ms

kg

Khối lượng được treo

me

kg

Khối lượng của động cơ điện

mff

kg

Khối lượng khung xe phía trước

mt

kg

Khối lượng không được treo
Hệ thống treo

HTT
ks

N/m

Độ cứng hệ thống treo chính

ke

N/m

Độ cứng đệm cách dao động động cơ điện

kr

N/m

Độ cứng hệ thống treo động cơ điện

kt

N/m

Độ cứng của lốp xe

cs

N.s/m

Hệ số cản hệ thống treo chinh

ce

N.s/m

Hệ số cản hệ thống treo động cơ điện

Fqt

N

Véc tơ lực quán tính tác dụng lên vật

F

N

Véc tơ lực ngoại lực

x3

M

chuyển vị theo phương thẳng đứng của thân xe

x2

M

Chuyển vị của động cơ điện theo phương thẳng đứng

x1

M



Hz

Tần số sóng mặt đường

S

M

Chiều dài sóng mặt đường

v

m/s

Vận tốc xe

n

Chu
kỳ/m

Chuyển vị của khôid lượng không được treo theo phương
thẳng đứng

Tấn số sóng mặt đường


ix

n0

Chu
kỳ/m

S q ( n)

m3 /chu

kỳ



Rad

Tần số mẫu

Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường
Hệ số tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt đường


1

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, chúng ta biết rằng nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô có
vai trò rất quan trọng nhằm nâng cao tính tiện nghi và tính cạnh tranh của các
hãng ô tô. Nâng cao độ êm dịu chuyển động cũng như giảm tác động xuất trên
mặt đường giao thông, nhiều nghiên cứu đã đề cấp đối với xe ô tô và xe
chuyên dùng với nguồn động lực từ động cơ đốt trong và mô hình dao động
chủ yếu dựa vào nguồn kích thích đầu vào là mấp mô mặt đường. Mặt khác
dao động xe điện và xe lai điện được trình bày trong các nghiên cứu trước
đây, mô hình dao động chỉ xem xét một nguồn kích thích từ động cơ điện
bánh xe hoặc mấp mô mặt đường. Chính vì vậy em đã chọn đề tài ‘Nghiên
cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển
động của ô tô điện’ sử dụng mô hình hai nguồn kích thích kết hợp dưới sự
hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS. TS. Lê Văn Quỳnh.
Ý tưởng chính trong đề tài này là đề xuất mô hình dao động với hai
nguồn kích thích mặt đường và động cơ điện tại bánh xe. Từ đó phân tích ảnh
hưởng thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
điện cũng như lựa chọn được vùng giá trị thông số tối ưu cho hệ thống treo.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Phân tích ảnh hưởng thông số thiết kế hệ thống treo ô tô điện đến độ êm
chuyển động, từ đó lựa chọn được vùng giá trị thông số tối ưu cho hệ thống
treo có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Ngoài ra kết quả đề tài sẽ góp phần
bổ sung cho cơ sở lý thuyết hoàn thiện thiết hệ thống treo xe ô tô điện.
Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống treo và ô tô điện

Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng kết hợp phân tích ảnh hưởng của
thông số thiết kế hệ thống treo đện độ êm dịu chuyển động của ô tô điện.


2

Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi của đề tài, một mô hình dao động một phần tư của xe
được thiết lập và mô phỏng dưới hai nguồn kích thích dao động.
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
Chương 2. Phân tích đánh giá dao động và xây dựng mô hình dao động
xe ô tô điện;
Chương 3. Mô phỏng và phân tích.
Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
PGS. TS. Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt
thời gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong khoa
Kỹ thuật Ô tô-MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái
Nguyên đặc biệt thầy ThS. Bùi Văn Cường đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận
văn này.
Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt thời
gian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn không thể tránh khỏi sự thiếu
xót, rất mong được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo và các
bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn. !
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2019

HỌC VIÊN

Phạm Thị Thanh Dung


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường và phát triển ô
tô điện
1.1.1 Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường
Theo số liệu thống kê cuối năm 2011, số xe ô tô trên thế giới có khoảng
trên 1,015 tỷ xe đang lưu hành, tăng 3,6% so với con số 980 triệu xe vào cuối
năm 2009 và chủ yếu tập trung ở các nước phát triển như Mỹ (239,8 triệu xe),
Trung Quốc (78 triệu xe), Nhật Bản (73,9 triệu xe). Tính trung bình, cứ 6,75
người lại có một người đang sở hữu ô tô. Ở Việt Nam, số lượng ô tô đang
tăng rất mạnh. Tính tới tháng 3 năm 2009 thì số lượng ô tô tại Việt Nam là
khoảng 990 nghìn chiếc và tập trung chủ yếu ở hai thành phố lớn là TP Hồ
Chí Minh và Thủ đô Hà Nội như trên hình 1.1. Theo thống kê mới nhất của
Cục Đăng kiểm Việt Nam, số lượng xe ô tô tính đến tháng 6 năm 2011 là
1,428 triệu xe [2].

Hình 1.1. Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam[2].
Với tốc độ tăng trung bình khoảng 10% số lượng xe ô tô như hiện nay
chính là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường cũng như lượng tiêu thụ nhiên
liệu. Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, hoạt động giao thông đóng
góp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs trên toàn quốc và chiếm

4

khoảng 70% nguồn gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị lớn thể hiện trên
hình 1.2 [2].

Hình 1.2. Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải
chính của Việt Nam năm 2011[2].
Tại các đô thị, giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đối với
không khí, đặc biệt là sự phát thải các khí CO, VOC, NO2. Lượng khí thải này
tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng và các phương tiện giao
thông đường bộ như trên hình 1.3 [2].

Hình 1.3. Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây
ra[2].


5

Xét trên từng phương tiện tham gia giao thông thì lượng khí thải từ xe
máy là tương đối nhỏ, trung bình một xe máy xả ra lượng khí thải chỉ bằng
1/4 so với xe ô tô con. Tuy nhiên do số lượng xe máy tham gia giao thông
chiếm tỷ lệ lớn hơn và chất lượng nhiều loại xe đã xuống cấp nên xe máy vẫn
là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thải
như CO và VOCs. Trong khi đó, xe tải và xe khách các loại lại thải nhiều SO2
và NO2 (Hình 1.4) [2].

Hình 1.4. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm do các phương tiện
cơ giới đường bộ gây ra[2].

Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất thải các loại
phương tiện giao thông kém và hệ thống giao thông chưa tốt thì lượng khí thải
gây ô nhiễm môi trường không khí từ giao thông vận tải đang có xu hướng
gia tăng. Xe ô tô, xe máy ở Việt Nam bao gồm nhiều chủng loại. Nhiều xe đã
qua nhiều năm sử dụng nên có chất lượng kỹ thuật thấp, có mức tiêu thụ
nhiên liệu và nồng độ chất độc hại trong khí xả cao, tiếng ồn lớn. Ngay tại các
thành phố lớn, tỷ lệ những xe đã qua sử dụng nhiều năm vẫn cao thể hiện
trong hình 1.5 [2].


6

Hình 1.5. Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2011[2].
Vì vậy với điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông, số lượng, chất lượng các
phương tiện giao thông như ở Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung thì
vấn đề tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra vẫn đang
là một trong những vấn đề được Nhà nước, các tổ chức quan tâm nhất để cải
thiện môi trường cũng như năng lượng.
Trong những năm qua, Nhà nước phải dùng ngân sách để bù lỗ cho
xăng dầu để đảm bảo ổn định giá mặt hàng thiết yếu này nhằm ổn định giá cả
của các mặt hàng khác. Tuy nhiên hiện nay giá dầu thô trên thế giới không ổn
định, vì thế Nhà nước không còn khả năng bù lỗ, giá xăng dầu đã tăng và
trong tương lai, mức độ tăng giá xăng dầu sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn do
nguồn dự trữ dầu thô đã cạn kiệt. Việc sử dụng nhiên liệu khí thay cho nhiên
liệu lỏng truyền thống là giải pháp hữu hiệu nhằm giảm bớt sự lệ thuộc vào
dầu mỏ hiện nay.
Với sự phát triển của ngành công nghiệp hiện đại, khoa học ngày càng
được cải tiến để phù hợp với nhu cầu của thời đại, ngành công nghiệp ô tô vẫn
không ngừng phát triển, tìm tòi các công nghệ mới để áp dụng trên ô tô phù
hợp xu thế của ngày nay là bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.

7

1.1.2. Phát triển ô tô điện[29]
Thế giới nói chung, Việt Nam nói riêng nguồn nhiên liệu hóa thạch dần
khan hiếm hiếm, môi trường ô nhiếm, giá xăng tăng cao ... ô tô điện sẽ dần
thay thế cho các phương tiện khác đốt trong bằng xăng, dầu. Xu hướng phát
triển ô tô điện đã trở thành làn sóng mạnh mẽ trên toàn thế giới, các quốc gia
như Thái Lan, Indonesia rồi tới cả Campuchia cũng đều đang tích cực đi theo
xu thế này.
Chương trình phát triển ô tô điện tiếp tục được chính phủ Indonesia đẩy
mạnh phát triển thông qua việc khuyến khích, thúc giục các doanh nghiệp nội
địa tiến hành hợp tác với các quốc gia công nghệ cao để tới năm 2018 có thể
cho ra đời những sản phẩm ô tô điện hoàn hảo.
Được biết Indo đã triển khai chương trình ô tô điện quốc gia từ năm
2012 với mục tiêu sản xuất xe xanh hàng loạt. Tới năm 2014 thì những chiếc
ô tô điện đầu tiên của Indo ra mắt, tuy nhiên vì chưa đáp ứng được những
mục tiêu đặt ra nên chúng tiếp tục được tiến hành nghiên cứu, phát triển.
Ở khu vực Đông Nam Á, Thái Lan còn mong muốn trở thành một trung
tâm sản xuất ô tô điện hàng đầu thế giới. Tận dụng ưu thế sẵn có của ngành
công nghiệp ô tô. Thái Lan đã có những kế hoạch để đào tạo nhân lực, chuẩn
bị cơ sở vật chất và đưa ra nhiều chính sách ưu đãi thu hút đầu tư vào công
cuộc sản xuất ô tô điện. Cùng với đó nước này cũng đang nghiên cứu chế tạo
pin nhiên liệu và các công nghệ sạc.
Các quốc gia tiến bộ đều đã nhìn ra được phát triển ô tô điện đã trở
thành một tất yếu, sự diệt vong của ô tô động cơ đốt sẽ là trong một sớm một
chiều: ở Na Uy ô tô chạy bằng xăng và diesel sẽ chính thức bị cấm sử dụng
vào năm 2025, Hà Lan cũng đề xuất cấm bán xe động cơ đốt từ năm 2025.
Tại Đức, quy định tới năm 2030 toàn bộ xe hơi đăng ký mới phải là xe không

khí thải.
Về lâu về dài, xe điện sẽ có rất nhiều lợi thế. Sử dụng xe tải điện có thể
giúp tiết kiệm 25 triệu đồng cho 10.000 km vận tải và giảm tới 30% chi phí
bảo hành so với xe sử dụng động cơ dầu. Hơn nữa những khó khăn về khả


8

năng tích điện, thời gian sạc... được giải quyết bởi sự phát triển của công nghệ
ngành ô tô điện.
1.2. Tổng quan về xe ô tô điện
1.2.1. Giới thiệu chung
Xe ô tô điện sử dụng động cơ điện cho lực kéo; acquy, pin nhiên liệu
cung cấp nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện.
Xe ô tô điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động
cơ đốt trong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao, độc
lập với nguồn năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru. Các
nguyên tắt hoạt động cơ bản giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơ
đốt trong tương tự nhau.Tuy nhiên, một số khác biệt giữa phương tiện sử
dụng động cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạn như sử dụng một bình nhiên
liệu so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơ điện, và khác nhau về
yêu cầu truyền dẫn.
1.2.2. Lịch sử và sự phát triển[26]
Chiếc xe ôtô điện đầu tiên đã được phát minh vào năm 1834 bởi
Davenport. Trong suốt những thập kỷ nửa sau thế kỷ 19, nhiều công ty đã sản
xuất ô tô điện ở Hoa Kỳ, Anh, và Pháp. Những xe ô tô đầu tiên mà con người
sử dụng là ô tô điện. Tuy nhiên, do những hạn chế về công nghệ ắc quy và
đặc biệt là do sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ động cơ đốt trong, ô tô điện
đã dần bị thay thế và hầu như không còn tồn tại từ sau những năm 1930.

Hình 1.6. EV by Thomas Davenport (1834)


9

Cùng với thời gian, một số mẫu EV cũng được một vài hãng xe phát
triển, ví dụ như chiếc Peugeot VLV vào năm 1941, chiếc Ford Transit vào
năm 1970, v.v… Đến đây thì có lần mình đã từng nghĩ, tại sao xe điện ra đời
sớm như vậy rồi mà phải mãi tới thời gian gần đây, EV mới đánh dấu sự quay
trở lại thị trường ôtô và thu hút sự chú ý của dư luận.
Để giải thích cho điều này thì mình rút ra được một số điều như sau :


Trong giai đoạn đầu xe điện ra đời, xăng dầu lúc ấy vẫn có giá rất rẻ,

các vấn đề về ô nhiễm môi trường vẫn còn bị xem nhẹ nên dẫn đến việc các
loại xe ôtô chạy động cơ truyền thống chiếm được ưu thế lớn so với xe điện.


Thêm vào đó, giai đoạn này, chưa có sự đột phá trong công nghệ pin &

ắc quy. Do đó, các loại xe điện chủ yếu vẫn dùng ắc quy axit chì (Acid
Plomb) dẫn đến việc không có hiệu năng đáng kể, dự trữ năng lượng kém,
quãng đường chạy được rất ngắn so với xe truyền thống, gặp nhiều vấn đề về
sự xuống cấp của ắc quy.
Tất cả các ý trên dẫn đến sự biến mất của xe điện trong giai đoạn (19211990). Từ năm 1990 trở đi, cùng với sự đột phá về công nghệ sản xuất ắc quy,
cụ thể là việc ra đời dòng ắc quy Li-ion , sự nóng lên của trái đất, các vấn đề ô
nhiễm môi trường càng ngày càng không thể xem nhẹ, việc cắt giảm lượng
khí thải từ các phương tiện đi lại, cụ thể ở đây là sự quay trở lại của các dòng
EV gần như là một bước phát triển bắt buộc. Thêm nữa, việc lượng dự trữ dầu

ngày càng giảm, giá dầu bất ổn càng thúc đẩy nền công nghiệp ôtô thực hiện
bước chuyển mình để thích hợp hơn với tình hình mới. Chính vì lẽ đó mà thời
gian gần đấy, chúng ta bắt đầu được làm quen nhiều hơn đến các khái niệm
như : xe chạy điện – EV, xe lai – HEV – Hybrid Electric Vehicle, PHEV –
Plug-in Hybrid Electric Vehicle, Range Extender với bình xăng bổ sung hay
gần nhất là xe sử dụng ắc quy Hydrogen – FCV – Fuel Cell Vehicle. Ở hình
dưới đây, mình xin được giới thiệu các nấc (level) để chuyển từ một chiếc xe
chạy nhiên liệu thô (xăng, diesel) sang một chiếc xe chạy 100% điện (EV)[26]


10

Hình 1.7 Sự phát triển của xe điện [26]
1.2.3. Đặc điểm cấu tạo
Ô tô điện cơ cơ bản bao gồm hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và
hệ thống phụ trợ.

Truyền động
cơ khí

Động cơ
điện

Nguồn
năng lượng

Hình 1.8 Cấu tạo ô tô điện cơ bản
Hệ động lực điện bao gồm:hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện,
các động cơ điện, truyền động cơ khí, và bánh chủ động.

11

Hệ thống năng lượng bao gồm nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng
lượng, và bộ phận tiếp năng lượng điện.
Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng
lượng phụ trợ.
a. Phân tích một số sơ đồ bố trí hệ thống của xe điện
Có nhiều loại EV có thể cấu tạo khác nhau do các biến thể dựa trên đặc
điểm của động lực điện và các nguồn năng lượng, như trong hình 1.9.
(a)

(b)

M

HS

M

VS

(c)

HS

VS

(d)
GT

M

VS
GT
M

M
GT

(e)

(f)
M

GT

M

M
GT

M

Hình 1.9. Các kiểu bố trí động cơ điện trên xe ô tô điện
M: động cơ điện; HS: hộp số; VS: truyền lực chính và vi sai; GT: hộp giảm
tốc


12

Hình 1.9a cho thấy hình thức đầu tiên của xe điện, trong đó một động
cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong của một chiếc xe thông thường. Nó
bao gồm một động cơ điện, một ly hợp, hộp số, và một bộ vi sai. Khớp ly hợp
và hộp số có thể được thay thế bằng hộp số tự động.
Hình 1.9b với một động cơ điện có công suất liên tục trong một phạm
vi tốc độ dài, một tỉ số truyền cố định có thể thay thế cho hộp số nhiều cấp và
giảm bớt sự cần thiết của một ly hợp. Cấu hình này không chỉ làm giảm kích
thước và trọng lượng của truyền động cơ khí, nó cũng đơn giản hoá cho con
người trong việc điều khiển xe bởi vì sự thay đổi tỉ số truyền là không cần
thiết.
Hình 1.9c tương tự như hình 1.9b, động cơ điện, cặp bánh răng cố định
và bộ vi sai có thể được bố trí tích hợp thành cụm trong khoảng giữa hai bán
trục bánh xe chủ động. Việc điều khiển càng đơn giản và chắc chắn.
Hình 1.9.d, truyền động vi sai được thay thế bằng cách sử dụng hai
động cơ điện. Mỗi động cơ dẫn động một bánh xe và hoạt động ở một tốc độ
khác nhau khi chiếc xe chuyển hướng hay quay vòng.
Hình 1.9e nhằm tiếp tục đơn giản hóa việc điều khiển xe, động cơ có
thể được đặt phía trong một bánh xe. Một cặp bánh răng nhỏ được đặt trong
bánh xe để giảm tốc độ và nâng cao mô-men động cơ.
Hình 1.9f loại bỏ hoàn toàn truyền động bánh răng giữa động cơ điện
và bánh xe chủ động, đầu ra roto của một động cơ điện tốc độ thấp đặt bên
trong bánh xe có thể được kết nối trực tiếp với các bánh xe. Việc kiểm soát
tốc độ của động cơ điện tương đương với việc kiểm soát tốc độ của bánh xe,
và vì thế tốc độ của xe được điều khiển. Tuy nhiên, việc sắp xếp đòi hỏi các
động cơ điện phải có mộtmô-men xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc xe.


13

b. Động cơ điện tích hợp bánh xe

Khi nhiên liệu hóa thạch trở thành vấn đề của toàn cầu thì các nhà sản
xuất ôtô sẽ phải tìm ra giải pháp mới trong đó hướng đi chủ yếu hiện nay là xe
hybrid và xe điện. Với sự ra mắt của công nghệ gắn động cơ điện trực tiếp tại
bánh xe có thể sẽ ra một hướng đi mới cho các nhà sản xuất ôtô trong thời
gian tới.Từ ý tưởng Lohner Porsche -Chiếc xe sử dụng motor dẫn động đầu
tiên trên thế giới

Hình 1.10 Xe sử dụng motor dẫn động đầu tiên trên thế giới[28]
Xe sử dụng motor dẫn động trực tiếp, độc lập tại các bánh xe được viết
tắt dưới tên tiếng anh “wheel motor”, “wheel hub drive”, “hub motor” hoặc
“in-wheel motor”. Theo ghi nhận của thư viện mở Wikipedia thì mô hình dẫn
động trực tiếp cho các bánh xe được cấp chứng nhận sáng chế lần đầu tiên
vào năm 1884 cho tác giả Wellington Adams của công ty điện Adam. Sau đó,
các nhà sản xuất ô tô lớn tiếp tục vào cuộc đua này, vào năm 1897, Ferdinand
Porsche (người sáng lập hãng siêu xe Porsche) đã ứng dụng động cơ điện
thay thế hoàn toàn cho động cơ đốt trong và các hệ thống truyền động. Tại
triển lãm Paris Motoshow 1900 Porche đã chính thức giới thiệu mẫu xe
Lohner Porsche – sử dụng 2 motor được cấp điện trực tiếp từ acquy và gắn tại


14

bánh xe. Tuy nhiên trong những năm tiếp theo mẫu Lohner Porsche này cũng
chỉ được sản xuất 300 chiếc để bán cho giới thượng lưu ở khu vực châu âu.

Hình 1.11. Hình ảnh tổng quan mô tơ điện tích hợp trong bánh xe[28]
Trải qua hơn một thế kỷ, người ta cũng không nhắc gì đến mô hình này
có lẽ do sự phức tạp và và rắc rối mà mô hình này đem lại. Cho đến những
năm đầu của thế kỷ 21 với sự “bức bối” của vấn đề nhiên liệu hóa thạch.
Mitsubishi là nhà sản xuất đầu tiên đưa ra ý tưởng về sự trở lại của mô hình

motor dẫn động trực tiếp tại bánh xe với mẫu xe MiEV, tuy nhiên mô hình
này tạo được sự chú ý và hoàn thiện nhất có lẽ phải kể đến mẫu “eConer” của
hãng điện tử Siemen. Sau đó thì có thêm một vài nhà sản xuất khác cũng đi
vào nghiên cứu mô hình này như Michelin kết hợp với Peugot để cho ra mẫu
xe Peugeot BB1 (2009) hay mẫu xe điện mimi trong phố Hiriko nhưng chưa
có bất kỳ nhà sản xuất nào đưa ra thời điểm cụ thể mẫu xe này sẽ rời khỏi
phòng thí nghiệm để đến tay người tiêu dùng.