Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động cơ điện với động cơ xăng

1

MỞ ĐẦU

1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ơ tơ là phương tiện vận tải chở người và hàng hóa, có vai trị rất quan

trọng trong đời sống của chúng ta. Có rất nhiều loại ô tô. Người ta phân loại ô tô
theo nhiều cách, thông thường căn cứ vào công dụng, loại nhiên liệu dùng cho
động cơ, tải trọng…
Ở các nước phát triển, cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ơ
tơ nói chung đã xuất hiện từ lâu, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện tiếp theo
là ô tô lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu.
Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với thế giới đã nảy sinh vấn đề về tiêu
chuẩn khí thải của xe ô tô sao cho phù hợp với những quy định chung của thế
giới. Nếu chúng ta cứ nhập xe từ nước khác sẽ làm mất thị phần đối với một sản
phẩm cơng nghiệp quan trọng của đất nước. Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế
tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước
có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đối với nước ta.
Với những ô tô cỡ nhỏ người ta thường sử dụng động cơ xăng. Nhưng
nó có nhược điểm là xăng ngày càng khan hiếm, mặt khác khi làm việc lại gây
ra ơ nhiễm mơi trường. Vì lẽ đó mà những năm gần đây một loại ơ tơ mới sử
dụng động cơ điện đã ra đời. Ơ tơ sử dụng động cơ điện làm việc êm dịu, không
gây ô nhiễm môi trường nên có xu hướng phát triển. Nhưng nó có nhược điểm
là hạn chế về tốc độ và thời gian sử dụng nên không thể đi xa được. Vì vậy
người ta mong muốn có một dạng xe ô tô sử dụng động cơ điện nhưng khi ắc
quy hết điện vẫn có thể tiếp tục hành trình khi chuyển sang làm việc với động
cơ xăng. Xuất phát từ u cầu đó, tơi thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế và
chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động cơ điện với động cơ xăng”.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


2

2.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Tạo ra được mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động cơ điện với động

cơ xăng để chở người và hàng hóa trong các loại đường bộ.
3.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

3.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả tính tốn xác định các thơng số kỹ thuật phù hợp góp phần hồn
thiện mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động cơ điện với động cơ xăng.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tạo ra được mẫu xe ô tô cỡ nhỏ phục vụ việc đi lại của bản thân, gia
đình và vận chuyển hành khách khi cần thiết với mọi quãng đường, tiết kiệm chi
phí, ít gây tiếng ồn và ơ nhiễm mơi trường.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


3

Chương 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Ô TÔ DÙNG ĐỘNG CƠ XĂNG

Hình 1.1. Ơ tơ sử dụng động cơ xăng
1.1.1. Cấu tạo chung của ô tô dùng động cơ xăng [7]
Cấu tạo chung của ô tô dùng động cơ xăng gồm bốn phần chính: Động cơ,
khung gầm, thùng xe, và trang bị làm việc.
1.1.1.1. Động cơ
Động cơ là nguồn động lực cung cấp năng lượng để ô tô hoạt động. Động cơ
thường dùng trên ô tô cỡ nhỏ là động cơ xăng 4 kỳ.
Các bộ phận chính của động cơ xăng gồm có:
+ Hệ thống biên tay quay, bao gồm thân động cơ và cơ cấu biên tay quay, có
nhiệm vụ thực hiện chu trình làm việc của động cơ và biến chuyển động tịnh tiến của
pít tơng thành chuyển động quay của trục khuỷu;

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


4
+ Hệ thống phân phối khí, bao gồm cơ cấu phân phối khí và một số chi tiết
khác có nhiệm vụ kịp thời đóng, mở cửa nạp và cửa xả để nạp đầy hỗn hợp đốt vào
trong xy lanh và xả sạch khí đã làm việc ra ngồi theo trật tự làm việc của động cơ;
+ Hệ thống cung cấp hỗn hợp đốt có nhiệm vụ cung cấp đầy đủ và đúng lúc
một lượng hỗn hợp đốt có thành phần thích hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ;
+ Hệ thống làm mát có nhiệm vụ dẫn nhiệt từ các chi tiết máy bị đốt nóng của
động cơ ra ngồi, nhằm đảm bảo trạng thái nhiệt bình thường của động cơ;
+ Hệ thống bơi trơn có nhiệm vụ cung cấp liên tục dầu bôi trơn sạch với một
lượng cần thiết ở một nhiệt độ và áp suất nhất định cho các bề mặt ma sát của các chi
tiết máy khi động cơ làm việc;
+ Hệ thống đốt cháy có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để dốt cháy hỗn hợp đốt
trong buồng đốt của động cơ ở đúng thời điểm cần thiết;

+ Hệ thống khởi động có nhiệm vụ quay trục khuỷu động cơ với một tốc độ
cần thiết để khởi động cơ (thực hiện những chu trình làm việc đầu tiên của động cơ)
1.1.1.2. Khung gầm ô tô
Kết cấu chung của phần khung gầm ô tô bao gồm các hệ thống chính như sau:
- Hệ thống truyền lực: dùng để truyền momen quay từ động cơ đến các bánh
chủ động của xe ô tô. Hệ thống truyền lực gồm có: ly hợp, hộp số, truyền lực các
đăng, truyền lực chính với hộp vi sai;
- Hệ thống di động dùng để nhận và phân bố trọng lượng của xe ô tô lên nền
đường và biến chuyển động quay của bánh xe chủ động thành chuyển động tịnh tiến
của xe ơ tơ. Hệ thống di động gồm có: cầu trước, cầu sau, cơ cấu treo, bộ phận giảm
xốc và bánh xe;
- Hệ thống lái dùng để duy trì chuyển động của xe ô tô theo một hướng nhất
định và thay đổi hướng chuyển động đó khi cần thiết bằng cách quay vòng bánh dẫn
hướng. Hệ thống lái gồm có: cơ cấu lái và cơ cấu dẫn động lái;
- Hệ thống phanh dùng để giảm bớt tốc độ hoặc dừng hẳn một cách nhanh
chóng khi xe đang chuyển động, đồng thời giữ xe đứng yên tại chỗ khi cần thiết. Hệ
thống phanh bao gồm: bộ phận làm việc, bộ phận truyền động và bộ phận điều khiển.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


5
1.1.1.3. Thùng xe
Thùng xe dùng để cho người lái và hành khách ngồi hay để chất hàng hóa. Cấu
tạo của thùng xe tùy thuộc vào công dụng của xe ô tơ. Đối với ơ tơ xăng cỡ nhỏ thì có
thùng xe kín, phía trong được lắp sẵn một số ghế ngồi theo quy định.
1.1.1.4. Trang bị làm việc
Trang bị làm việc của ô tô bao gồm hệ thống chiếu sáng (các loại đèn) và báo
hiệu (còi), hệ thống làm mát và sưởi ấm, cơ cấu gạt nước và chắn gió cùng các trang
bị khác.

1.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng [6]
Động cơ xăng gồm hai loại: Động cơ xăng 4 kỳ và động cơ xăng 2 kỳ. Ô tô cỡ
nhỏ thường dùng động cơ xăng 4 kỳ. Động cơ xăng 4 kỳ là loại động cơ mà trong một
chu trình làm việc thực hiện 4 lần chuyển động tịnh tiến qua lại của pít tơng, tương
ứng với hai vịng quay của trục khuỷu.
1.1.2.1. Q trình nạp (cịn gọi là q trình hút)
Pít tơng chuyển động từ thế chết trên (TCT) đến thế chết dưới (TCD), tương
ứng trục khuỷu quay một góc từ 0 - 1800 . Thể tích trong xy lanh tăng lên và áp suất từ
từ giảm xuống, đến mức nhỏ hơn áp suất khí quyển. Xu páp nạp dưới tác động của cơ
cấu phân phối khí sẽ mở ra (xu páp xả vẫn đóng). Do áp suất bên trong xy lanh động
cơ nhỏ hơn áp suất bên ngồi nên hỗn hợp xăng và khơng khí từ bộ chế hịa khí được
hút qua cửa nạp vào trong xy lanh động cơ. Đối với động cơ phun xăng điện tử thì vịi
phun xăng sẽ phun một lượng xăng cần thiết theo dịng khí nạp vào xy lanh.
1.1.2.2. Q trình nén cháy
Pít tơng chuyển động từ TCD đến TCT, tương ứng trục khuỷu quay một góc
180 – 3600. Xu páp nạp đóng lại, hỗn hợp đốt trong xy lanh bắt đầu bị nén. Thể tích
trong xy lanh giảm và áp suất tăng dần lên. Khi pít tơng đến gần TCT thì hỗn hợp đốt
được đốt cháy bằng tia lửa điện xuất hiện ở bugi. Khi hỗn hợp đốt cháy, áp suất và
nhiệt độ trong xy lanh tăng vọt lên.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


6
1.1.2.3. Q trình dãn (cịn gọi là q trình sinh công)
Dưới tác dụng của áp suất cao do hỗn hợp đốt bị đốt cháy, pít tơng bị đẩy từ
TCT đến TCD và nhờ cơ cấu biên tay quay, chuyển động tịnh tiến của pít tơng biến
thành chuyển động quay của trục khuỷu, tương ứng góc quay từ 360 – 5400.
Trong quá trình này, năng lượng nhiệt biến thành năng lượng cơ học nên gọi
là q trình sinh cơng.

1.1.2.4. Q trình xả (cịn gọi là q trình thốt)
Pít tơng chuyển động từ TCD đến TCT, tương ứng với trục khuỷu quay một
góc 540 – 7200. Ở q trình này xu páp nạp vẫn đóng nhưng xu páp xả mở ra, pít tơng
đẩy khí đã làm việc (cịn gọi là khí xả) ra bên ngồi.
Sau q trình xả, pít tơng lại chuyển động từ TCT đến TCD, khi đó xu páp
nạp lại mở ra và quá trình nạp hỗn hợp đốt lại tiếp tục thực hiện cho chu trình làm việc
tiếp theo.
1.1.3. Ưu, khuyết điểm của ô tô dùng động cơ xăng 4 kỳ
1.1.3.1. Ưu điểm
Cấu tạo của động cơ xăng đơn giản, có kích thước và trọng lượng nhỏ. Mặt
khác do áp suất trong xy lanh nhỏ nên hoạt động êm dịu và dễ khởi động. Nếu so với
động cơ xăng 2 kỳ thì nó có hiệu suất nhiệt cao hơn và tuổi thọ lớn hơn.
1.1.3.2. Khuyết điểm
So với động cơ diedel thì động cơ xăng có chi phí nhiên liệu riêng cao hơn
(động cơ diedel 220 – 310 g/kWh, động cơ xăng 270 – 400 g/kWh) và hiệu suất nhiệt
thấp hơn ( động cơ diedel đạt 35 – 40%, động cơ xăng 30 – 35%)
Ơ tơ dùng động cơ xăng thải ra khí xả gây ra ơ nhiễm mơi trường, gây hiệu
ứng nhà kính, dẫn đến biến đổi khí hậu trên tồn cầu.
1.1.4. Tình hình sử dụng ơ tơ động cơ xăng cỡ nhỏ ở Việt Nam và trên thế giới
1.1.4.1. Tình hình sử dụng ơ tơ động cơ xăng cỡ nhỏ tại Việt Nam
Trước năm 1990, Việt Nam chủ yếu nhập khẩu ô tô từ các nước xã hội chủ
nghĩa. Thời gian này khơng có doanh nghiệp nào đầu tư lắp ráp, sản xuất ô tô. Các

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


7
doanh nghiệp cơ khí lớn của Việt Nam chủ yếu làm công việc sửa chữa và đại tu xe.
Do vậy số lượng người dân Việt Nam có đủ điều kiện để sở hữu một chiếc xe ô tô vào
thời gian này là hiếm thấy.

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam chỉ thực sự hình thành từ những năm 1990,
khi Chính phủ cho phép các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngồi được sản xuất,
lắp ráp ơ tơ tại Việt Nam như các công ty Honda, Toyota, Hyundai, Isuzu, Kia,
LandRover, Lexus, Mazda, Mercedes Benz, Mitsubishi... Cho đến thời điểm hiện tại,
phải nói rằng nhu cầu được sử dụng ơ tơ của người dân có xu hướng tăng rất cao.
Nhiều người có thu nhập khá trở lên đã sử dụng ơ tô làm phương tiện để đi lại
thay cho xe máy và xe đạp.
1.1.4.2. Tình hình sử dụng ơ tơ động cơ xăng cỡ nhỏ trên thế giới
Chiếc ô tô chạy bằng động cơ xăng (động cơ Otto) được Karl Benz phát minh
ra ở Đức năm 1885. Mặc dù Karl Benz được công nhận là người sáng tạo ra chiếc xe
hơi hiện đại, nhiều kỹ sư người Đức khác cũng đã làm việc để chế tạo ra những chiếc
ô tô khác trong cùng thời gian. Các nhà phát minh đó là: Karl Benz, người được cấp
một bằng sáng chế ngày 29 tháng 1 năm 1886 ở Mannheim cho chiếc ô tô do ông chế
tạo năm 1885 và Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach ở Stuttgart năm 1886.
Hiện nay, ở các nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật, Đức, Anh,
Nga, Pháp... hàng năm có hàng trăm triệu chiếc xe ơ tơ với hàng chục chủng loại ra
đời. Ơ tơ có thể gần như là phương tiện giao thông phổ biến của con người ở các nước
phát triển.

1.2. Ô TÔ DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Động cơ điện một chiều nó có một số ưu điểm: vận hành nhẹ nhàng, có thể
tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn; hiệu suất cao và kết cấu gọn nhẹ. Với
những tính năng nổi bật trên nên ô tô thường sử dụng động cơ điện một chiều (DC)
không chổi than BLDC (Brushles Dc motor).
1.2.1. Cấu tạo chung của ô tô dùng động cơ điện
Cấu tạo chung của ô tô dùng động cơ điện gồm bốn phần chính: Động cơ điện
và ắc quy, khung gầm, thùng xe và trang bị làm việc.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma

8

Hình 1.2. Ơ tơ điện đang sử dụng tại một số đơ thị, khu du lịch ở Việt Nam

Hình 1.3. Ô tô điện sử dụng trong sân golf

1.2.1.1. Động cơ điện và ắc quy
- Động cơ điện dùng cho ô tô cỡ nhỏ là loại động cơ điện không chổi than
BLDC, sử dụng điện từ ắc quy.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


9

Hình 1.4 . Động cơ điện BLDC và các thiết bị phụ
- Ắc quy dùng cho ô tô điện thường là ắc quy chì acid do Việt Nam sản xuất
hoặc nhập khẩu từ nước ngồi:
1.2.1.2. Khung gầm ơ tơ điện
Kết cấu chung của phần khung gầm ô tô điện bao gồm các hệ thống chính như
sau:
- Hệ thống truyền lực: dùng để truyền momen quay từ động cơ điện đến các
bánh chủ động của xe ô tô điện. Hệ thống truyền lực gồm có: ly hợp, hộp số, truyền
lực các đăng (xe điện đời mới nhất), truyền lực chính với hộp vi sai;
- Hệ thống di động dùng để nhận và phân bố trọng lượng của xe ô tô điện lên
nền đường và biến chuyển động quay của bánh xe chủ động thành chuyển động tịnh
tiến của xe ô tô điện. Hệ thống di động gồm có: cầu trước, cầu sau, cơ cấu treo, bộ
phận giảm xóc và bánh xe;
- Hệ thống lái dùng để duy trì chuyển động của xe ô tô điện theo một hướng

nhất định và thay đổi hướng chuyển động đó khi cần thiết bằng cách quay vịng bánh
dẫn hướng. Hệ thống lái gồm có: cơ cấu lái và cơ cấu dẫn động lái;
- Hệ thống phanh dùng để giảm bớt tốc độ hoặc dừng hẳn một cách nhanh
chóng khi xe đang chuyển động, đồng thời giữ xe đứng yên tại chỗ khi cần thiết. Hệ
thống phanh bao gồm: bộ phận làm việc, bộ phận truyền động và bộ phận điều khiển.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


10
1.2.1.3. Thùng xe
Thùng xe dùng để cho người lái và hành khách ngồi. Cấu tạo của thùng xe cơ
bản giống như thùng xe ô tô sử dụng động cơ xăng cỡ nhỏ.
1.2.1.4. Trang bị làm việc
Trang bị làm việc của ô tô điện bao gồm hệ thống chiếu sáng (các loại đèn) và
báo hiệu (còi), cơ cấu gạt nước và chắn gió cùng các trang bị khác.
1.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều không chổi than BLDC [10]
Động cơ BLDC là một dạng động cơ đồng bộ. Tuy nhiên động cơ BLDC kích
từ bằng một loại nam châm vĩnh cửu dán trên rotor.
- Rotor của động cơ BLDC là một nam châm vĩnh cửu;
- Stator gồm ba cuộn A, B, C và được móc nối với nhau như hình 1.6:

Hình 1.5. Rotor và Stator của động cơ điện BLDC

Hình 1.6. Các cuộn dây stator

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


11

Cũng như các loại động cơ đồng bộ thông thường, các cuộn dây BLDC cũng
được đặt lệch nhau 1200 trong không gian của stator. Các thanh nam châm được dán
chắc chắn vào thân rotor làm nhiệm vụ kích từ cho động cơ. Điểm khác biệt về hoạt
động của động cơ BLDC so với các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là
động cơ BLDC bắt buộc phải có cảm biến vị trí rotor để cho động cơ hoạt động.
Nguyên tắc điều khiển của động cơ BLDC là xác định vị trí rotor để điều khiển dịng
điện vào cuộn dây stator tương ứng, nếu không động cơ không thể tự khởi động hay
thay đổi chiều quay được. Chính vì nguyên tắc điều khiển dựa vào vị trí rotor như vậy
nên động cơ BLDC địi hỏi phải có một bộ điều khiển chuyên dụng phối hợp với cảm
biến Hall để điều khiển động cơ.
Các cuộn dây của stator được cấp điện từ nguồn điện một chiều để trở thành
một nam châm điện thể hiện ở hình 1.7.

Hình 1.7. Điện từ trường trong cuộn dây stator

Hình 1.8. Quá trình quay của rotor

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


12
Nguyên lý hoạt động của một động cơ BLDC dựa trên sự tương tác lực
giữa các nam châm vĩnh cửu và nam châm điện. Khi cuộn dây A có dịng điện
chạy qua, các cực trái dấu giữa rotor và stator được hút vào nhau (lực hút được thể
hiện trong mũi tên màu xanh lá cây), làm cho các cực rotor di chuyển gần với
stator.
Khi rotor gần tới cuộn dây A, cuộn dây B nạp đầy năng lượng, khi rotor gần tới
cuộn dây B, cuộn dây C cũng được nạp đầy năng lượng. Cứ như vậy, lực hút giữa các
cuộn dây trên stator và nam châm liên tục làm cho rotor quay.
1.2.3. Ưu, khuyết điểm của ô tô dùng động cơ điện BLDC

1.2.3.1. Ưu điểm
- Khơng dùng nguồn năng lượng hóa thạch.
- Khơng tạo ra khí thải gây ơ nhiễm mơi trường. Môi trường hiện nay đang bị
ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân đặc biệt là do ơ tơ chạy bằng
xăng, dầu. Ơ tơ điện nó hồn tồn khơng có khí thải.
- Vận hành đơn giản và êm dịu: Ngồi ra, ơ tơ điện chạy êm hơn ô tô xăng
nhờ trọng lượng nhẹ hơn và không dùng cơng nghệ đốt trong.
- Chi phí bảo dưỡng thấp: Trên thực tế, cơ chế vận hành của ô tô điện khơng
tạo nhiều ma sát hay ăn mịn so với những dịng xe động cơ thơng thường.
1.2.3.2. Nhược điểm
Ắc quy của ô tô điện có tuổi thọ không cao và dung lượng của nó hạn chế dẫn
đến tải trọng của xe cũng bị hạn chế. Theo thời gian sử dụng ắc quy sẽ yếu dần nên
phải định kỳ nạp điện cho ắc quy.
1.2.4. Tình hình sử dụng ơ tơ động cơ điện trên thế giới và ở Việt Nam [11]
1.2.4.1. Tình hình sử dụng ơ tơ động cơ điện trên thế giới
Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson người Scotland đã
phát minh ra loại ô tô điện chuyên chở đầu tiên.
Cho đến năm 1935, ô tô điện đã gần như biến mất do không thể cạnh tranh
được với xe chạy động cơ đốt trong vì lý do: về giá thành, năm 1928, một chiếc ô tô

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


13
chạy điện có giá khoảng 1750 USD, trong khi đó một chiếc ơ tơ chạy xăng chỉ có giá
khoảng 650 USD. Về mặt kỹ thuật, công nghệ chế tạo động cơ đốt trong và cơng
nghiệp ơ tơ có những tiến bộ vượt bậc: Charles Kettering đã phát minh ra bộ khởi
động cho ô tô chạy xăng, Henry Ford đã phát minh ra các động cơ đốt trong có giá
thành hạ, v.v.
Cho đến nửa sau thế kỷ 20 trở lại đây, ô tô điện phát tiển một cách mạnh mẽ

vì yêu cầu bức thiết về năng lượng và mơi trường.

Hình 1.9. Ô tô điện thời kỳ đầu
Tại Hàn Quốc, công nghệ truyền tải điện không dây ứng dụng trong xe ô tô
điện được khai thác mạnh mẽ bởi các nhà nghiên cứu thuộc viện Khoa học và Công
nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) với dự án chế tạo xe ô tô điện nạp năng lượng từ
dưới đất trong suốt quá trình hoạt động (OnLine Electric Vehicle – OLEV). Các sản
phẩm xe bus điện thuộc dự án này đang chạy thử nghiệm rất tốt trong khuôn viên của
KAIST và Công viên Grand Seoul.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


14

Hình 1.10. Xe thí nghiệm tại Hori-Lab (Xe điện nhỏ COMS3 sử dụng siêu tụ)
Tại Thượng Hải, Trung Quốc, xe bus điện sử dụng siêu tụ của hãng
SINAUTEC đang gây tiếng vang mạnh mẽ. Siêu tụ được nạp nhanh chóng tại mỗi
điểm dừng của xe bus điện.
1.2.4.2. Tình hình sử dụng ô tô động cơ điện điện tại Việt Nam
Trong khi làn sóng nghiên cứu ơ tơ điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới
thì tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được sự quan tâm thích đáng của các nhà
khoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách. Qua khảo sát tình hình
những năm vừa qua, có thể khẳng định rằng, ở Việt Nam chưa hề có một nghiên cứu
mang tính hệ thống về ô tô sử dụng động cơ điện.
Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe ô tô điện mang tính thử
nghiệm đã được nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và những nhà sáng chế
không chuyên, nhưng phần lớn mang tính “sao chép” đơn thuần, hoặc chế tác lại về
mẫu mã. Đây là những thành công đáng khích lệ đối với một số nhỏ nhà sáng chế
nghiệp dư. Tuy nhiên, những chỉ tiêu chất lượng của xe còn thấp, nên đa phần những

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


15
xe ô tô điện đang sử dụng tại Việt Nam đều nhập khẩu từ Trung Quốc hay chỉ lắp ráp
từ các linh kiện được nhập khẩu.
Một số thành phố mà chủ yếu là các khu du lịch ở Việt Nam đang sử dụng
loại xe điện này.

1.3. Ô TÔ HYBRID [3]
Hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) nghĩa là lai. Ơtơ hybrid là dịng ôtô
sử dụng động cơ tổ hợp, là một phương tiện giao thông mà sử dụng hai nguồn động
lực trở lên.
Nguồn động lực chính của ơ tơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ xăng thông
thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy (pin). Bộ điều khiển điện tử sẽ
quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào
dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau.

Hình 1.11. Một chiếc xe ô tô Hybrid sử dụng động cơ xăng và động cơ điện

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


16
1.3.1. Cấu tạo chung của ô tô Hybrid [12]
Các bộ phận chính của ơtơ Hybrid gồm có: Nguồn động lực, hệ thống truyền
lực, hệ thống di động và trang bị làm việc.
1.3.1.1. Nguồn động lực
Nguồn động lực của ô tô Hybrid thường sử dụng là động cơ xăng 4 kỳ và

động cơ điện một chiều không chổi than. Động cơ điện nhận năng lượng điện từ ắc
quy, chuyển thành năng lượng cơ khí dẫn động đến bánh xe.
1.3.1.2. Khung gầm
Kết cấu chung của phần khung gầm ô tô bao gồm các hệ thống chính như sau:
- Hệ thống truyền lực: dùng để truyền momen quay từ động cơ điện đến các
bánh chủ động của xe ô tô. Hệ thống truyền lực gồm có: ly hợp, hộp số, truyền lực các
đăng, truyền lực chính với hộp vi sai;
- Hệ thống di động dùng để nhận và phân bố trọng lượng của xe ô tô lên nền
đường và biến chuyển động quay của bánh xe chủ động thành chuyển động tịnh
tiếncủa xe ô tô. Hệ thống di động gồm có: cầu trước, cầu sau, cơ cấu treo, bộ phận
giảm xốc và bánh xe;
- Hệ thống lái dùng để duy trì chuyển động của xe ô tô theo một hướng nhất
định và thay đổi hướng chuyển động đó khi cần thiết bằng cách quay vịng bánh dẫn
hướng. Hệ thống lái gồm có: cơ cấu lái và cơ cấu dẫn động lái;
- Hệ thống phanh dùng để giảm bớt tốc độ hoặc dừng hẳn một cách nhanh
chóng khi xe đang chuyển động, đồng thời giữ xe đứng yên tại chỗ khi cần thiết. Hệ
thống phanh bao gồm: bộ phận làm việc, bộ phận truyền động và bộ phận điều khiển.
1.3.1.3. Thùng xe
Thùng xe dùng để cho người lái và hành khách ngồi. Cấu tạo của thùng xe cơ
bản giống như thùng xe của ô tô sử dụng động cơ xăng cỡ nhỏ..
1.3.1.4. Trang bị làm việc
Trang bị làm việc của ô tô bao gồm hệ thống chiếu sáng (các loại đèn) và báo
hiệu (còi), hệ thống làm mát và sưởi ấm, cơ cấu gạt nước và chắn gió cùng các trang
bị khác.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


17
1.3.2. Ngun lý làm việc của ơ tơ Hybrid. [3]

Ơtơ hybrid hoạt động theo nguyên tắc: Động cơ điện được sử dụng để khởi
động xe, trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện còn có
cơng dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe tăng tốc hoặc leo dốc. Khi phanh xe
hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc
quy. Không giống như các phương tiện sử dụng động cơ điện khác, ô tô Hybrid khơng
cần nguồn điện bên ngồi, động cơ xăng sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy. Với sự
phối hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện, ô tô hybrid được mở rộng giới hạn làm
việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ xăng, hiệu suất tổ hợp động cơ cao, mơmen lớn ở số vịng quay nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Theo phương pháp truyền động, có thể chia động cơ hybrid thành 2 loại chính:
tổ hợp ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song song.
1.3.2.1. Tổ hợp ghép nối tiếp
Động cơ điện dẫn động các bánh xe, công việc duy nhất của động cơ xăng 4 kỳ
là kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng. Hệ thống hybrid này được mô tả như ở
hình 1.12.

Hình 1.12. Sơ đồ truyền động tổ hợp ghép nối tiếp
1 – Động cơ xăng; 2 – Máy phát điện; 3 – Bộ chuyển đổi điện; 4 – Ắc quy; 5 – Động
cơ điện; 6 – Cầu chủ động; 7 - Bánh xe chủ động.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


18
Dịng điện do máy phát điện sinh ra có hai nhiệm vụ: vừa để nạp điện cho ắc
quy vừa để chạy động cơ điện. Động cơ điện sẽ truyền năng lượng đến cầu chủ động
của xe ô tô.
Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ xăng kéo máy phát điện để cung cấp điện cho ắc
quy và động cơ điện. Ở đây khơng có sự liên hệ cơ khí nào giữa động cơ xăng và bánh
xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng làm quay
rô-to của máy phát tạo ra điện năng và từ điện năng lại chuyển sang cơ năng làm quay

bánh xe chủ động.
1.3.2.2. Tổ hợp ghép song song

Hình 1.13. Sơ đồ truyền động tổ hợp ghép song song
1 – Động cơ xăng; 2 – Hộp số; 3 – Bộ kết hợp công suất; 4 – Ắc quy; 5– Bộ
chuyển đổi điện; 6 – Động cơ điện; 7 – Cầu chủ động; 8- Bánh xe chủ động.
Trong loại xe ô tô hybrid này, cả động cơ điện và động cơ xăng cùng truyền lực
tới bánh xe chủ động, mức độ tuỳ theo các điều kiện hoạt động khác nhau.
Loại xe ô tô hybrid này có ưu điểm là: cơng suất của ơ tô sẽ lớn hơn do sử dụng
cả hai nguồn năng lượng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn nên ắc quy có
dung lượng nhỏ và gọn nhẹ; trọng lượng bản thân của ô tô cũng nhẹ hơn so với hệ
thống hybrid nối tiếp.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


19
1.3.3. Ưu, khuyết điểm của xe ô tô Hybrid
1.3.3.1. Ưu điểm
So với ơ tơ sử dụng động cơ xăng thì ô tô Hybrid có ưu điểm:
- Tiết kiệm năng lượng và giảm ơ nhiễm mơi trường;
- Có thể phối hợp công suất giữa động cơ điện và động cơ xăng một cách hiệu
quả nên hiệu suất sử dụng năng lượng cao hơn.
1.3.3.2. Khuyết điểm
Khuyết điểm chính của ơ tơ Hybrid là hệ thống ắc quy hay pin nhiên liệu rất
đắt so với các loại ắc quy thông thường dùng cho ô tô.
1.3.3. Tình hình sử dụng ô tô Hybrid trên thế giới và ở Việt Nam
1.3.3.1. Tình hình sử dụng ô tô Hybird trên thế giới
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được
nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và mơi trường.

Có thể nói, cơng nghệ hybrid là chìa khố mở cánh cửa tiến vào kỷ ngun mới của
những chiếc ơ tơ, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay cịn gọi là ơ tơ sinh
thái.
Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên
cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày
càng có nhiều mẫu ơtơ hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người sử
dụng loại ơ tơ này.
Tại Châu Âu, xe plug-in hybrid và các bộ biến đổi điện tử cơng suất là những
vấn đề chính được quan tâm nghiên cứu. Ơ tơ điện lai (plug-in hybrid electric vehicle)
là loại xe sử dụng hỗn hợp cả năng lượng xăng và điện như tên gọi “hybrid”. Thuật
ngữ “plug-in” cho biết rằng xe có bộ nạp tích hợp sẵn, người dùng chỉ cần cắm điện
vào nguồn lưới dân dụng mà khơng cần một bộ nạp bên ngồi.
Tại Nhật Bản, các hãng ô tô lớn đang lần lượt đưa các mẫu xe thuần điện
(pure Evs) ra thị trường. Nissan “trống giong cờ mở” với Nissan Leaf, tuy vậy
Mitsubishi mới là hãng đầu tiên tung ra xe điện thương phẩm với i-MiEV. Xe i-MiEV
đã được giới thiệu ở Việt Nam tại triển lãm Ơ tơ Vietnam Motor Show 2010.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


20
Để có thể đưa ra thị trường mẫu xe ơ tô điện i-MiEV, hãng Mitsubishi Motors
đã mất hơn 40 năm nghiên cứu. Từ khi ấp ủ những ý tưởng đầu tiên về xe ơ tơ điện,
chính thức bắt đầu nghiên cứu từ năm 1966, cho đến nay, hãng Mitsubishi Motors đã
chế tạo ra 10 mẫu xe concept với hơn 500.000 km chạy thử nghiệm trên tồn cầu.
1.3.3.2. Tình hình sử dụng ơ tơ Hybird tại Việt Nam
Ơtơ sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô pin mặt trời... cho đến nay đều tồn tại một
số nhược điểm nhất định, không dễ thực hiện với thực trạng như đất nước ta. Trong
bối cảnh đó thì ơtơ hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện)
được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ơtơ sạch, nhằm

đáp ứng tính khắt khe mơi trường đơ thị, tính nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu.
Ở Việt Nam có một số nhà khoa học và cơ sở nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo
mẫu xe ô tô Hybird nhưng đang trong thời kỳ thử nghiệm.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


21

Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng động cơ điện.
- Xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng động cơ xăng.
- Xe Hybird.
- Xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động cơ điện với động cơ xăng.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
- Các loại ô tô điện và ô tơ xăng cỡ nhỏ hiện nay có trên thị trường, đặc biệt là
các loại xe chủ yếu ở tỉnh Thừa Thiên Huế.
- Đề tài được thực hiện trong thời gian từ tháng 8/2015 đến tháng 5/2016.

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu là nhằm nghiên cứu để thu thập những thông
tin sau:
- Cơ sở lý thuyết liên quan đến thiết kế và chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ.
- Thành tựu đạt được liên quan đến thiết kế và chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ.
- Kết quả nghiên cứu về thiết kế và chế tạo xe ô tô cỡ nhỏ của đồng nghiệp đã
công bố trên các tài liệu khoa học.

- Nghiên cứu số liệu thiết kế mẫu xe ơ tơ cỡ nhỏ.
Để có đầy đủ thơng tin liên quan cần thiết cho việc thực hiện đề tài, tơi đã
nghiên cứu thu thập các nguồn thơng tin có liên quan từ các loại tạp chí và báo cáo
khoa học chuyên ngành, số liệu thống kế, thông tin đại chúng... Từ đó phân tích, tổng
hợp nhằm phát hiện và khai thác các khía cạnh khác nhau của tài liệu để phục vụ cho
đề tài.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


22
2.2.2. Phương pháp chuyên gia
Lựa chọn các chuyên gia đã nghiên cứu trước trong lĩnh vực liên quan xe ô tô
điện và xăng, các tài xế đang trực tiếp vận hành xe ô tô điện tại tỉnh Thừa Thiên Huế.
Nội dung phỏng vấn bao gồm:
- Tình hình trang thiết bị hiện đang sử dụng trên xe;
- Các loại xe ô tô điện, ô tô xăng ông bà đã và đang sử dụng;
- Đánh giá tác động của thiết bị đang sử dụng đến nhu cầu cấp thiết của cá nhân
và mọi người xung quanh;
- Xác định nhu cầu trang bị trong thời gian tới của bản thân đối với ô tô dùng
động cơ điện kết hợp động cơ xăng;
- Các giải pháp, kiến nghị về loại ô tô này.
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Sử dụng lý thuyết tính tốn cấu tạo ô tô để nghiên cứu xác định các thông số:
2.2.3.1. Công suất của động cơ điện và động cơ xăng [3]
• Cơng suất của động cơ:
Phương trình cân bằng công suất tổng quát của ô tô khi chuyển động có dạng:
Ne = Nt + Nf + N± Ni ± Nj

(2.1)

Với: + Ne: công suất của động cơ phát ra (W);
+ Nt: công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực (W);
+ Nf: công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn được tính theo cơng thức
sau :
𝑁𝑓 = 𝑓. 𝐺. 𝑐𝑜𝑠 ∝. 𝑣 (W)

(2.2)

Với: - G: trọng lượng tồn bộ của ơ tơ, G = m.g (N);
- v: tốc độ chuyển động của ô tô (m/s);
- : góc dốc của mặt đường;
- f: hệ số cản lăn;

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


23
- m : khối lượng dự kiến của xe (kg);
- g : gia tốc trọng trường (m/s2);
+ N: công suất tiêu hao để thắng lực cản khơng khí:
N= 𝜔. 𝑣 3 (W)

(2.3)

Với : 𝜔 : nhân tố cản khơng khí (N.s2/m2)
+ Ni: công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc của đường:
𝑁𝑖 = 𝐺. 𝑠𝑖𝑛 ∝. 𝑣 (W)

(2.4)

+ Nj: cơng suất tiêu hao để thắng lực cản qn tính:

𝑁𝑗 =

𝐺.𝛿𝑖 .𝑗.𝑣
𝑔

(W)

(2.5)

Với: - g: gia tốc trọng trường (m/s2);
- j: gia tốc của ô tô (m/s2);
-  i : hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động
quay.
Phương trình (2.1) cũng có thể biểu thị sự cân bằng công suất tại bánh xe chủ
động của ô tô như sau:
Nk = 𝜂𝑡 . Ne = Nf + N± Ni ± Nj
= f.G.cosα.v + 𝜔. 𝑣 3 + G.sinα.v +

(2.6)
𝐺.𝛿.𝑗.𝑣
𝑔

Trong trường hợp ô tô chuyển động ổn định (gia tốc qn tính j = 0) trên đường
bằng (góc dốc  = 0), khơng kéo rơ mc, tức là: Ni= 0, Nj= 0, thì phương trình (2.6)
trở thành :
𝜂𝑡 . Ne = f.G.v + 𝜔. 𝑣 3
Hay 𝑁𝑒 =

1
𝜂𝑡

(𝑓. 𝐺. 𝑣 + 𝜔. 𝑣 3 )

(2.7)

Trong đó: + f: hệ số cản lăn
𝑓 = 𝑓0 (1 +

𝑣2
1500

)

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


24
với f0 : hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của ô tô.
+ 𝜔 : nhân tố cản khơng khí, được tính theo cơng thức:
𝑁.𝑠 2

𝜔 = k.F(

𝑚2

)

Với - k: hệ số cản khơng khí (N.s2/m4);
- F : diện tích cản chính diện của ơ tơ;
thơng thường F = 0,8.B0.H (m2)

.
Trong đó:

- B0: chiều rộng lớn nhất của ô tô;
- H: chiều cao lớn nhất của ô tơ ;

• Cơng suất của động cơ xăng được tính:
Chọn động cơ xăng 4 kỳ có cơng suất tương đương động cơ điện.
2.2.3.2. Dung lượng ắc quy
Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào thời gian mà ô tô chạy hết khả năng
phóng điện của bình.
Loại ắc quy được chọn để lắp đặt cho ơ tơ là ắc quy axít chì vì nó thơng dụng
và giá thành tương đối thấp.
Dung lượng của ắc quy là đại lượng đặc trưng cho q trình phóng và nạp điện
của nó. Để tính tốn lựa chọn được bộ ắc quy phù hợp với hệ thống động lực ơ tơ ta
phải tính dung lượng của ắc quy.
Dung lượng của ắc quy được xác định bằng cơng thức [3]:
Qp = Ip . tp =

𝑃
𝑈

.tp (Ah)

(2.8)

Trong đó: - Ip: dịng điện phóng (A);
- tp : thời gian phóng (h);
- P: cơng suất động cơđiện (W);
- U: điện áp của động cơđiện (V).
2.2.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma


25
Các chỉ tiêu và phương pháp xác định:
- Tốc độ trung bình của xe (v) được tính theo cơng thức:

𝑣=

36
𝑛

𝑙

∑𝑛𝑖=1 𝑖 (𝑘𝑚/ℎ)
𝑡𝑖

(2.9)

Trong đó:
- n: số lần thực nghiệm;
- li: chiều dài quảng đường thực nghiệm (m);
- ti: thời gian xe chạy trên quảng đường thực nghiệm (s).
- Chi phí nhiên liệu riêng khi xe sử dụng động cơ xăng

𝑔𝑒 =

1000.𝐺𝑚
𝑁𝑒

(

𝑔

)

𝑘𝑊.ℎ

(2.10)

Trong đó:
- Gm: chi nhiên liệu dùng trong 1 giờ (kg/h);
- Ne: cơng suất của động cơ (kW).
- Thời gian phóng điện của bình ắc quy

𝑡𝑝 =

𝑄𝑝
𝐼𝑝

(ℎ)

(2.11)

Trong đó :
- Qp : Dung lượng ắc quy (Ah);
- Ip : dịng điện phóng A.

PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma