BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ Ô TÔ ĐIỆN CHỖ CHO XE DAIHATSU ( HI-JET VAN ) Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN HUYỀN Nghành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Niên khóa: 2008 - 2012 TP Hồ Chí Minh 6-2012     THIẾT KẾ Ô TÔ ĐIỆN CHỖ CHO XE DAIHATSU ( HI-JET VAN ) Tác giả: NGUYỄN VĂN HUYỀN Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp Kỹ sư Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giáo viên hướng dẫn: Ths BÙI CÔNG HẠNH Tháng 06 năm 2012 i    LỜI CẢM ƠN ! Trong suốt thời gian học tập Trường Đại Học Nơng Lâm Tphcm – Khoa Cơ Khí Cơng Nghệ - Nghành Cơng Nghệ Ơ Tơ chúng em nhận đuợc quan tâm, dạy dỗ nhiệt tình quý thầy giúp đỡ từ bạn bè, kiến thức tình cảm quý báu làm hành trang giúp em buớc vào đời khỏi bỡ ngỡ Tuy thời gian học trường không dài chúng em nhận vơ to lớn, chúng em khơng biết nói ngồi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến:  Ban giám hiệu nhà truờng q thầy, khoa Cơ Khí Công Nghệ tạo điều kiện cho em thực đề tài  Thầy chủ nhiệm, Thạc Sĩ Bùi Công Hạnh Thầy tận tâm hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện tốt để em thực đề tài  Tất bạn bè lớp giúp đỡ, đóng góp ý kiến thiết thực để em hồn thiện đề tài Trong q trình thực đề tài dù cố gắng khó tránh khỏi sai sót, em mong cảm thơng đóng góp ý kiến nhiệt tình q thầy bạn để em hồn thành đề tài tốt Kính chúc thầy, bạn dồi sức khoẻ! TP Hồ Chí Minh, ngày………tháng………năm 2012 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Huyền ii    TĨM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế tô điện chỗ cho xe DAIHATSU ” Thời gian địa điểm: - Thời gian: Từ ngày 15 tháng 03 đến ngày 15 tháng 06 năm 2012 - Địa điểm: Xưởng thực tập sửa chữa ô tô, Khoa Cơ khí- Cơng nghệ, Trường Đại học Nơng Lâm TP.HCM Mục đích đề tài: Đề tài “ Thiết kế ô tô điện chỗ cho xe Daihatsu” nhằm mục đích là: - Tận dụng nguồn xe ( động xăng) ngưng sử dụng để nâng cao hiệu qủa kinh tế - Nâng cao điều kiện sống người dân - Tiết kiệm lượng giảm ô nhiễm môi trường giao thông vận tải - Phát triển nghành công nghiệp sản xuất ô tô điện Việt Nam Phương tiện: - Thiết bị cân trọng lượng phận xe - Thước đo - Máy ảnh kỹ thuật số - Dụng cụ tháo lắp thiết bị Kết quả: - Nắm bắt đuợc xu huớng phát triển ô tô điện tương lai - Hiểu rõ nguyên lý hoạt động ô tô điện - Thiết kế hoàn chỉnh ô tơ điện từ khung sẵn có ( xe Daihatsu ) - Đề tài góp phần thiết thực vào đời sống người iii    MỤC LỤC Trang tựa i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH vi DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT viii Chương I: MỞ ĐẦU 1.1 : Dẫn nhập 1.2 : Mục đích đề tài Chương II: TỔNG QUAN 2.1: Lịch sử phát triển ô tô điện 2.2: Tương lai ô tô điên 2.3: Sơ lược lịch sử hãng xe Daihatsu 11 2.4: Tổng quan ô tô điện 13 2.4.1: Giới thiệu chung 13 2.4.2: Cấu hình tơ điện 13 2.4.3 : Các loại động điện dùng ô tô 16 Chương III: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 22 3.1: Nơi thực 22 3.2: Phương tiện thực 22 3.3: Phương pháp nghiên cứu 22 3.3.1: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 22 3.3.2: Phương pháp thực 22 Chương IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 iv    4.1: Thiết kế tổng thể ô tô điện 23 4.1.1: Thông số kỹ thuật xe Dathatsu 24 4.1.2: Tính tốn phân bố trọng luợng ô tô 24 4.1.2.1: Cơ sở lý thuyết 24 4.1.2.2 Trường hợp không tải 26 4.1.2.3 Trường hợp đầy tải 29 4.2 Tính tốn hệ thống động lực cho ô tô điện 31 4.2.1 Xác định công suất động điện nguồn acquy 31 4.2.1.1 Xác định thông số động điện 31 4.2.1.2 Xác định thông số cho nguồn ắc quy 36 4.2.1.3 Tổng hợp thông số động điện acquy 38 4.2.2 Tính tốn thông số động học động điện 40 4.2.2.1 Lựa chọn phương án bố trí hệ truyền động 40 4.2.2.2 Xác định tỉ số truyền 43 4.2.2.2 Khả leo dốc ô tô – độ dốc cực đại 44 4.2.2.3 Vận tốc cực đại ô tô 45 4.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 45 4.4 Nguyên lý hoạt động ô tô điện 46 Chương V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 49 5.1 : Kết luận 49 5.2: Đề nghị 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 v    DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Chiếc xe đua La Jamais Contente (1899) Hình 2.2: Edison xe Detroit (1914) Hình 2.3: 1922 -Detroit Electric model 90 Hình 2.4: 1974 - Serbing-Vanguard Citicar Hình 2.5: 1996 - General Motor EV1 Hình 2.6: 2002 – Ford Th!nk City Hình 2.7: 2008 - GEM e4 Hình 2.8: 2011 - Chevrolet Volt Hình 2.9: Nissan Leaf Hình 2.10: Khí thải tô gây ô nhiễm môi trường 10 Hình 2.11: Cấu trúc tô điện đại 14 Hình 2.12: Cấu hình loại tô điện 15 Hình 2.13: Cấu trúc động từ trở đồng - SynRM [3] (a) so sánh rotor động SynRM với động IM ABB (b) 17 Hình 2.14: Động từ trở thay đổi – SRM 18 Hình 2.15: Đường sức từ vị trí điển hình q trình hoạt động SRM 18 vi    Hình 2.16: Cấu trúc động BLDC (a) cảm biến Hall (b) 19 Hình 2.17: So sánh cấu trúc động SPM IPM [7] 20 Hình 2.18: Động IPM có điện cảm dọc trục ngang trục khác 20 Hình 2.19: Đặc tính sinh mơmen động IPM 21 Hình 4.0: Hình dạng xe Daihatsu ( Hi-jet Van) 23 Hình 4.1: Sơ đồ phân bố tải trọng ô tô không tải 27 Hình 4.2: Sơ đồ phân bố tải trọng ô tô đầy tải 30 Hình 4.3: Các lực tác dụng lên ô tô lên dốc 31 Hình 4.4: Hình dạng bên động 35 Hình 4.5: Động điện chều Warp13 38 Hình 4.6 : Acquy GS N200 38 Hình 4.7 : Đồ thị momen động theo tốc độ 39 Hình 4.8 : Đồ thị cường độ dòng điện theo số vòng quay động 39 Hình 4.9 : Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 46 vii    DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật xe Daihatsu ( Hi-jet Van) 24 Bảng 4.2: Phân bố trọng lượng ô tô không tải 28 Bảng 4.3: Phân bố tải trọng ô tô đầy tải 30 Bảng 4.4: Bảng thông số kỹ thuật cùa động điện nhà chế tạo cung cấp 36 viii    DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT EV ( Electric Vehicle): Xe điện DC Motor ( Direct Current Motor): Động điện chiều IM Motor ( Induction Motor): Động không đồng Syn RM ( Synchronous Reluctance Motor): Động từ trở đồng SMR ( Switched Reluctance Motor): Động từ trở thay đổi BLDC Motor ( Brushless DC Motor): Động chiều không chổi than IPM Motor ( Interior Permanent Magnet Motor): Động đồng nam châm vĩnh cửu chìm ix    Tính hệ số tỷ lệ khối lượng:  = m / M = 255 / 991 = 0,257 < 30% Như vậy, tỷ lệ đạt yêu cầu kỹ thuật 4.2.1.3 Tổng hợp thông số động điện acquy a/ Động điện Tên gọi WarP13 72V Công suất tối đa 21kW Số vòng quay định mức 1900 v/p Momen cực đại 135 lb.ft (190 Nm.) Khối lượng 45 kg Hình 4.5 Động điện chều Warp13 b/ Acquy Loại bình : N200 Điện - Dung lượng : 12V – 200Ah Khối lượng : 35Kg Dài – rộng – cao : 520 x 278 x 218 Xuất sứ : Nhật Bản Thể tích : 16.8L Hình 4.6 Acquy GS 38   Hình 4-7 Đồ thị momen động theo tốc độ Hình 4-8 Đồ thị cường độ dòng điện theo số vòng quay động 39   4.2.2 Tính tốn thơng số động học động điện 4.2.2.1 Lựa chọn phương án bố trí hệ truyền động Đường đặc tính động điện chiều gần giống với đường đặc tính kéo lý tưởng tơ, đồng thời động điện đổi chiều quay dễ dàng nên thiết kế hệ thống truyền lực mà không cần hộp số động đốt Như vậy, hệ thống truyền lực xe thiết kế theo phương án sau: a Phương án : Thiết kế lại truyền lực với tỉ số truyền theo yêu cầu Các phương án lắp đặt : - Dùng trục cac-đăng : 40   Đặc điểm: Động bố trí cố định khung xe Phải thiết kế truyền bánh nón với tỉ số truyền lớn vỏ cầu Nên tăng khối lượng, cồng kềnh giảm khoảng sáng gầm xe - Không dùng trục cac-đăng : Đặc điểm : Động đặt cầu sau Thiết kế truyền bánh trụ vỏ cầu Bố trí hệ dẫn động thành cụm nên gọn nhẹ, dễ lắp đặt Nhưng vi sai phải bố trí lệch qua bên, độ dài hai bán trục không nên lắp đặt b Phương án : Dùng lại truyền lực xe Daihatsu ( Hi-jet van) Các phương án lắp đặt : - Dùng trục cac-đăng : 41   Đặc điểm : Động bố trí khung xe, tận dụng truyền lực xe Daihatsu Có thể bố trí cặp bánh cố định với động - Không dùng trục cac-đăng : 42   Đặc điểm : Động bố trí cầu sau Chiều dài bán trục không thay đổi Nhưng phải thiết kế truyền bánh có khoảng cách trục lớn nên làm tăng kích thước bánh răng, cồng kềnh, giảm khoảng sáng gầm xe Theo kết phân tích tận dụng phận sẵn có xe Daihatsu nên ta chọn phương án dùng lại truyền lực cac-đăng xe (2a) 4.2.2.2 Xác định tỉ số truyền Từ sơ đồ này, tỷ số truyền hệ thống xác định theo công thức: iH   M nM  bx nbx (4-8) Trong M , nM vận tốc góc số vòng quay định mức động điện bx nbx vận tốc góc số vòng quay cần thiết lớn bánh xe Ta có nM = 1900 (v/ph) nbx xác định theo công thức: nbx  30.v max 30.11,1   411(v / p) 3,14.0,26  rbx (4-9) Thay giá trị có vào cơng thức (4-8) ta được: iH  1900  4,623 411 Kiểm tra tỉ số truyền theo điều kiện lực kéo lớn bánh xe : Momen cản lớn bánh xe : MCbx = FLD.rbx = 3211.0,26 = 834 (Nm) Momen kéo lớn bánh xe : MKbx = MM iH  = 190 4,623.0,95 = 835 (Nm) 43   Ta thấy MKbx  MCbx Vậy cần tỉ số truyền xe hoạt động chế độ chạy vận tốc cực đại vượt dốc Nên tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực iH = 4,623 4.2.2.3 Khả leo dốc ô tô – độ dốc cực đại Độ dốc cực đại xác định theo hai trường hợp lực cản cân với lực bám lực cản cân với lực kéo cực đại động điện (ứng với mô men kéo cực đại) Sau so sánh chọn giá trị nhỏ hai giá trị tìm Theo điều kiện lực bám ta có: G  cos = G f cos + G sin  = f + tg  tg     f  0,6  0,025  0,575 (4-10)   = 300 Theo điều kiện không trượt trơn lực bám, tơ leo lên độ dốc tối đa có góc 300 Theo điều kiện lực kéo cực đại tơ ta có: M M max iH   G f cos   G sin  rbx Với: MMmax = 190(Nm) mô men cực đại động điện; iH = 4,623 tỷ số truyền hệ thống truyền lực Hi-jet Van; rbx = 0,26(m) bán kính bánh xe ;  = 0,95 hiệu suất hệ thống truyền lực 44   (4-11) Thay giá trị vào biểu thức (4-11) ta được: 190.4,623.0,95  9910.(0,025 cos  sin  ) 0,26  0,025 cos + sin =0,32 Giải   180 Như độ dốc cực đại mà xe leo 180 4.2.2.3 Vận tốc cực đại tơ Ơ tơ đạt vận tốc cực đại động điện quay với số vòng quay lớn nhất, nmax = 1900 (v/p) Ta có : iH   M nM  bx nbx nbx  Và : 30.vmax  rbx (4-12) (4-13) Suy vận tốc cực đại ô tô : v max   rbx n M 30.i H  3,14.0,26.1900  11,1(m / s )  40(km / h) 30.4,623 4.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 45   330 600 514 235 175 15° Hình 4-9 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực Động điện chiều ; Trục cac-đăng ; Truyền lực ; Dầm cầu ; Thép gá động 4.4 Nguyên lý hoạt động ô tô điện Sau cải tạo, thiết kế lại xe Daihatsu ( Hai-jet van) ta thấy xe chạy điện bao gồm phận chính: bình điện, điều khiển động điện chiều 46   Bình điện: tích lũy cung cấp dòng điện cần thiết để động điện hoạt động Bình Acquy GS Bộ điều khiển: làm nhiệm vụ thay đổi công suất động điện tùy theo vị trí chân ga thơng qua hai biến trở trung gian Nếu điện hai biến trở có trị số, điều khiển hoạt động bình thường; khơng xe ngừng chạy Cơ cấu an toàn cho người lái so với trường hợp sử dụng biến trở biến trở bị hỏng tốc độ xe tăng giảm bất thường bất chấp vị trí chân ga Bộ điều khiển ô tô điện 47   Động điện chiều: nhận điện áp từ acquy sau quay với tốc độ lớn để tạo momen làm quay bánh xe thơng qua truyền lực chính, tốc độ phụ thuộc vào nguồn điện cung cấp từ acquy điều chỉnh nhờ vào điều khiển Động điện chiều Warp 13 48   CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Qua trình thực đề tài: “ Thiết kế ô tô điện chỗ cho xe Daihatsu” , em rút kết luận sau: Tình trạng xe “Hi-jet van” xưởng tốt, phận xe ( hệ thống lái, hệ thống treo, khung xương, đèn báo…) Vì vậy, cải tạo lại Do nguồn xe có sẵn nên đề tài tập trung vào phần thiết kế hệ thống truyền lực, tính toán lựa chọn động điện phù hợp với tải trọng điều kiện làm việc xe Dựa vào phần khung sương sẵn có ta hồn tồn cải tạo lại xe “Hi-jet van” thành ô tơ chạy điện bình thường, xe ứng dụng rộng rãi nhằm phục vụ nhu cầu đời sống người (trong bệnh viện, thể thao, công viên…) Do xe cải tạo lại nên giá thành xe giảm đáng kể Theo xu hướng chung giới xe điện ngày phát triển mạnh mẽ, số nhược điểm như: cơng suất thấp, thời gian nạp điện kéo dài, giá thành tương đối cao phụ thuộc vào giá thành bình điện…Tuy nhiên lợi ích mà tơ điện mang lại vơ lớn như: không gây ô nhiễm môi trường, hoạt động dễ dàng, dễ sửa chữa, chạy êm khơng có tiếng ồn,không phụ thuộc vào nguồn lượng dầu mỏ ngày cạn kiệt….Vì tương lai tô điện lựa chọn hàng đầu cho nghành ô tô giới Đề tài cho cách nhìn tổng qt tơ điện, đồng thời làm nguồn tài liệu tham khảo cho sinh viên muốn tìm hiểu rõ tơ điện có nhu cầu thiết kế tơ điện hoàn toàn 49   5.2 Đề nghị Do điều kiện thời gian kinh phí có hạn nên đề tài nêu lên vấn đề then chốt, phương pháp cải tạo thiết kế ô tô điện Vì đề tài chưa thể ứng dụng vào thực tế được, em mong đề tài làm nguồn tài liệu để bạn sinh viên khóa sau áp dụng vào thực tế, dựa vào đề tài để cải tạo lại loại xe hết niên hạn sử dụng hay thiết kế mẫu xe nhằm nâng cao chất lượng đời sống Trong trình thực đề tài cố gắng không tránh khỏi thiếu sót, em mong thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện 50   TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hori, Y.; , “Future vehicle society based on electric motor, capacitor and wireless power supply”, Power Electronics Conference (IPEC), 2010 International, pp.29302934, 21-24 June 2010 [2] Xue, X.D.; Cheng, K.; Cheung, N.C.; , “Selection of Electric Motor Drives for Electric Vehicles”, Power Engineering Conference, 2008 AUPEC ’08, Australasian Universities, pp.1-6, 14-17 Dec 2008 [3] Maxwell Technology Co., BMOD0063 Ultracapacitor Module Datasheet, http://www.maxwell.com [4] Tim Burress, “The Progression of Commercially Available EV/HEV Technologies and Ongoing Research”, Presentation in International Energy Conversion Engineering Conference, Nashville, Tennessee, July 26, 2010 [5] Bao-Huy Nguyen, Cao-Minh Ta, “Finite Element Analysis, Modeling and Torque Distribution Control for Switched Reluctance Motors with High Non-linear Inductance Characteristics”, IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC 2011), pp 703-708, Niagara Falls, 15 –18 May 2011 [6] http://www.powersystemsdesign.com/power-electronics-in-electric–hybrid- vehicles?a=1&c=1153 (Truy cập lần cuối lúc 9h00’ ngày 04/05/2011) [6] Cao-Minh Ta, “Pseudo-vector Control – An Alternative Approach for Brushless DC Motor Drives”, IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC 2011), pp 15431548, Niagara Falls, 15 –18 May 2011 [7] Byoungwoo Kang, Gerbrand Ceder, “Battery materials for ultrafast charging and discharging”, Nature, Vol 458, 12 March 2009 51   [8] Y Hori, “Motor / Capacitors / Wireless for Future EV Society”, Presentation (unpublished), 2010 [9] The EV Project Online: http://www.theevproject.com/ Một số trang Web: http://www.elecfans.com/article/83/146/2009/20091225146240.html http://www.maxwell.com http://v.mofile.com/show/28OGFLBO.shtml 52   ... khoảng nghìn Comuta-car Comuta -van xuất xưởng Với 4.300 chiếc, Citicar, hay Comuta-car, giữ kỷ lục lượng xe điện sản xuất lịch sử ngành ơtơ Hình 2.4: 1974 - Serbing-Vanguard Citicar Những năm đầu... Detroit (1914) Hình 2.3: 1922 -Detroit Electric model 90 Hình 2.4: 1974 - Serbing-Vanguard Citicar Hình 2.5: 1996 - General Motor EV1 Hình 2.6: 2002 – Ford Th!nk... khác 20 Hình 2.19: Đặc tính sinh mơmen động IPM 21 Hình 4.0: Hình dạng xe Daihatsu ( Hi-jet Van) 23 Hình 4.1: Sơ đồ phân bố tải trọng ô tô không tải 27 Hình 4.2: Sơ đồ phân bố