Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai

Nội dung text: Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai

1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO XE GẮN MÁY LAI DESIGN POWERTRAIN FOR HYBRID MOTORBIKE KS. Đào Trọng Cường(1), TS. Lê Thanh Phúc(2) Trường Trung cấp nghề Vĩnh Long(1), Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM(2), Tóm tắt Trong đề tài này, tác giả đã lựa chọn một chiếc xe tay ga đã qua sử dụng hiệu Attila làm xe thực nghiệm. Tác giả đã nghiên cứu cải tạo và lắp ráp thêm hệ thống truyền động từ một động cơ điện DC có công suất 400 W để cùng phối hợp moment quay với động cơ xăng dẫn động bánh xe sau. Cụ thể là khi xe hoạt động thì cả hai động cơ xăng và động cơ điện cùng truyền moment quay đến trục của bánh xe sau. Tuy nhiên động cơ xăng đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền moment chính còn động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ. Động cơ điện hoạt động bằng nguồn năng lượng từ bình Accu và được điều khiển bằng các vi mạch điện tử. Khối lưu trữ điện gồm 2 bình Accu 12 V – 26 Ah dùng để cung cấp điện cho động cơ điện. Các bình Accu này được nạp từ nguồn điện dân dụng. Toàn bộ hệ thống truyền động của động cơ điện được thiết kế là một cụm chi tiết rời, có thể lắp ráp dễ dàng vào xe máy. Sau khi lắp thêm hệ thống truyền động, xe nặng hơn xe nguyên bản 23 kg. Sau khi đã lắp ráp hoàn chỉnh và tiến hành chạy thử nghiệm kết quả cho thấy: Xe hoạt động ổn định và an toàn, tiết kiệm nhiên liệu khoảng 20% so với xe ban đầu chỉ chạy bằng động cơ xăng. Abstract In the research, the author has chosen a used scooter Attila for experiment . The author has researched and assembled an improvement drivetrain from a DC electric motor with the power of 400 W to cooperate with the gasoline engine torque driving the rear wheels. When the scooter is operating, both gasoline engine and electric motor torque are transmitted to the rear wheel axis. However, the gasoline engine serves as the main source of energy whereas torque from the electric motor plays a supporting role. The electric motor operates using battery power controlled by electronic circuits. The power source consists of two battery 12 V - 26 Ah used to provide power to the electric motor. The battery power is charged from the househood electricity net. The entire drivetrain of the electric motor is designed as a cluster of separated details which can be easily installed in the motorbike. After the modification, the scooter weighs 23 kg more than the original one, the experiments show that the scooter operates stably and safely, fuel saving is about 20% compared with the initial scooter powered by gasoline engines. 1. Giới thiệu vực tiếp giáp giữa nội và ngoại thành hay vùng có đông dân Trong bối cảnh khan hiếm nhiên liệu và giá dầu tăng cao, cư. tình trạng ô nhiễm môi trường do sự phát thải của phương tiện Một số nước như Nhật , Anh và Thái Lan đã chế tạo và giao thông cơ giới. Những năm gần đây đã có những nghiên tung ra thị trường một số mẫu xe máy hybrid với khả năng cứu trong và ngoài nước về xe máy hybrid để giải quyết vấn giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu. đề trên như: “Thiết kế xe máy hybrid”, tác giả Bùi Văn Ga – Nguyễn Quân – Nguyễn Hương, tạp chí khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng số 4(33).2009 [1]. Một Động cơ nhiệt chạy bằng LPG được cải tạo từ động cơ tĩnh tại nguyên thuỷ chạy bằng xăng có công suất 2000W làm nhiệm vụ nạp điện cho bình Accu và hỗ trợ công suất cho xe gắn máy khi cần thiết. Theo kết quả thử nghiệm cho thấy xe đạt được tốc độ 55km/h khi chạy bằng điện. Bình LPG chứa 1kg nhiên liệu và 4 bình Accu N12V-35AH nạp đầy xe có thể chạy được 160km. Hệ thống Hình 1.1: Các mẫu xe máy hybrid của hãng Honda [3] động lực hybrid điện-LPG cho phép xe gắn máy đạt mức độ phát thải ô nhiễm EURO IV. Nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi “Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt động cơ lai trên xe gắn trường trên xe gắn máy, tác giả đã thực hiện đề tài “Thiết kế máy”, tác giả Phạm Quốc Phong, Trường đại học Bách Khoa hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai”. Đề tài được thực hiện Tp. Hồ Chí Minh, 2007 [2]. Sản phẩm của đề tài là động cơ tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh lai, sự kết hợp giữa động cơ xăng có dung tích xy lanh 97cm3 trong năm 2014. trên xe wave và động cơ điện 60VDC. Động cơ xăng đóng vai Trong đề tài này, tác giả chọn dòng xe Attila làm xe thực trò chủ yếu và hoạt động khi xe chạy ở tốc độ 40 km/h trở lên, nghiệm để thực hiện việc nghiên cứu, thiết kế, cải tạo và lắp động cơ điện hoạt động ở tốc độ thấp nhỏ hơn 40 km/h. Theo ráp thêm hệ thống truyền động của động cơ điện. Đề tài tiếp kết quả thử nghiệm, xe phát huy được hiệu quả cao trong khu tục làm cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo một kiểu xe gắn
2. hybrid có hiệu suất sử dụng năng lượng cao, tiết kiệm nhiên 2.2 Chọn vị trí lắp đặt động cơ điện liệu và hạn chế ô nhiễm môi trường. Sau khi nghiên cứu kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ Sau khi nghiên cứu kết cấu và các chế độ hoạt động của xe thống truyền động xe Attila, cũng như nghiên cứu một số vị trí Attila. Tác giả đã lựa chọn giải pháp truyền động của động cơ có thể lắp động cơ điện lên xe, cho thấy vị trí lắp động cơ điện điện là kiểu phối hợp truyền moment quay cùng với động cơ liên kết với hệ thống truyền động trên xe là khả thi nhất. Nếu xăng. Cụ thể là khi xe hoạt động thì cả hai động cơ xăng và chọn các vị trí liên kết khác sẽ khó truyền động đến bánh xe và động cơ điện cùng truyền moment quay đến bánh xe sau. Tuy hệ thống truyền động sẽ phứt tạp, hiệu suất truyền lực của nhiên động cơ xăng đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền động cơ điện đến bánh xe sẽ giảm. moment chính còn động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ. Động cơ điện hoạt động bằng nguồn năng lượng từ bình Accu. Khi xe hoạt động ở chế độ lai thì cả hai nguồn động lực từ động cơ Vị trí chọn lắp điện và động cơ xăng cùng truyền chuyển động đến dẫn động động cơ điện bánh xe sau. Khi đó moment kéo tại bánh xe sau tăng lên, nên trên cùng một điều kiện hoạt động thì mức tiêu thụ nhiên liệu của xe lai sẽ thấp hơn so với xe ban đầu. Đồng thời cũng giảm được sự phát thải nhiệt, giảm ô nhiễm môi trường hơn so với xe chỉ chạy bằng động cơ xăng. Hình 2.2: Vị trí lắp động cơ điện nhìn từ phía sau [4] 2.3 Giải pháp truyền động từ động cơ điện đến bánh xe Bởi vì tại vị trí lựa chọn để lắp động cơ điện vào liên kết với cơ cấu truyền động trên xe có không gian nhỏ hẹp, nên không thể lắp động cơ điện trực tiếp để dẫn động bánh răng trục thứ cấp trong cơ cấu truyền động mà cần phải qua hộp Hình 1.2: Mẫu xe Attila ch ọn làm thực nghiệm [4] truyền động bánh răng trung gian. Hộp này được thiết kế theo 2. Giải pháp thực hiện kiểu trục và bánh răng ăn khớp ngoài, gồm có hai trục bánh 2.1 Chọn động cơ điện răng với tỉ số truyền là 1 : 1 để truyền moment quay từ động Để đáp ứng giải pháp phối hợp truyền động moment quay cơ điện đến bánh xe sau. giữa động cơ điện và động cơ xăng đến bánh xe, tác giả lựa chọn loại động cơ điện một chiều, hoạt động bằng năng lượng bình Accu và có thể thay đổi tốc độ theo điện áp cấp vào. Sau khi khảo sát và tìm hiểu các loại động cơ điện một chiều hiện có trên thị trường, tác giả đã lựa chọn một động cơ điện của hãng Sanyo Denki có công suất 400 W, điện áp 85 V, tốc độ 2,500 v/p để sử dụng thực hiện đề tài. Các thông số cơ bản của động cơ điện: Công suất phát ra: 400 W Điện áp sử dụng: 85 V Trọng lượng bản thân: 3,7 kg Kích thước phủ bì: 100 mm × 190 mm Tốc độ cực đại: 2.500 v/p Dòng tiêu thụ không tải: 5,8 A Dòng tiêu thụ cực đại: 40 A Moment cực đại phát ra: 12 Nm Hình 2.3: Sơ đồ khối cơ cấu truyền động của động cơ điện Moment liên tục: 1,70 Nm Trên trục của động cơ điện được lắp khớp truyền động một chiều. Mục đích nhằm tránh trường hợp truyền động ngược từ bánh xe về động cơ điện. Khi đó, trục dẫn bánh răng 40T và trục của động cơ điện sẽ không liên kết nhau. 2.4 Giải pháp điều khiển động cơ điện Vì có hai nguồn công suất khác nhau cùng truyền đến bánh xe cùng một lúc, do đó cần phải điều khiển tốc độ của động cơ điện tương ứng với tốc độ của bánh xe. Trong đề tài này, tác giả lựa chọn phương pháp điều tiế t độ rộng xung để điều khiển tốc độ của động cơ điện. Kết cấu này gọn nhẹ và hiệu suất cao bằng cách thiết kế các vi mạch điện tử điều khiển động cơ điện trên cơ sở lấy tín hiệu đầu vào từ các cảm biến Hình 2.1: Ảnh chụp động cơ điện tại cửa hàng tốc độ bánh xe và tốc độ của động cơ điện. 2.2
3. 2.5 Giải pháp khối lưu trữ điện cấp cho động cơ điện Dựa vào thống kê mức điện áp của các loại động cơ điện có trên thị trường dao động từ 12 đến 85V, xét về tính an toàn của hệ thống điều khiển cũng như những thất thoát về khả năng hóa nhiệt nếu như dòng tiêu thụ quá lớn. Tuy nhiên, nếu nâng cao hiệu điện thế trong hệ thống thì dễ gây nguy hiểm cho người sử dụng. Do đó, chọn mức điện áp nguồn để cấp Hình 3.3: Bản vẽ lắp khớp truyền động một chiều sau khi cải tạo cho động cơ điện là 24V và dòng điện hoạt động 10A thì công suất lớn nhất mà động cơ điện có là P = 240W và moment quay tương ứng của động cơ điện khi đó là M = 3 N.m ứng với tốc độ quay lớn nhất khoảng 750 v/p. Nguồn cung cấp cho động cơ điện được lựa chọn bằng cách ghép nối tiếp 2 bình Accu 12V- 26 Ah và đặt ở khoang hành lý của xe. Các Accu được nạp lại bằng nguồn điện dân dụng. 3. Thiết kế & gia công 3.1 Thiết kế và chế tạo cơ cấu truyền động của động cơ điện. 3.1.1 Thiết kế và gia công hộp truyền động Hộp truyền động được chế tạo dưới dạng thép tấm tạo hình và ghép lại với nhau bằng các chốt định vị. Đây là phương Hình 3.4: Sơ đồ khối khớp truyền động một chiều sau khi cải tạo pháp đơn giản, rẻ tiền, dễ thực hiện. Tuy nhiên, nó có nhược điểm so với phương pháp đúc hay dập khuôn là: khối lượng 3.1.3 Thiết kế và gia công các tấm định vị lớn và độ thẩm mỹ không cao. Nhưng do đây chỉ là đề tài Các chi tiết trong cơ cấu truyền động của động cơ điện nghiên cứu, các chi tiết được sản xuất dưới dạng đơn chiết cho gồm có : hộp bánh răng trung gian, khớp truyền động một nên phương pháp này có thể chấp nhận để thực hiện. chiều và động cơ điện. Để lắp ghép các chi tiết này lại thành một khối thì cần phải có các tấm định vị chi tiết. Sau khi lắp ráp các chi tiết trong cơ cấu truyền động của động cơ điện thành một khối thì để lắp khối này vào xe ta cũng cần phải có các tấm định vị và cố định để dẫn truyền động từ động cơ điện đến bánh xe sau. Do đó các tấm định vị còn có nhiệm vụ liên kết khối này vào xe để truyền moment quay từ động cơ điện đến bánh xe sau. Hình 3.1: Sơ đồ khối hộp truyền động trung gian sau khi gia công 3.1.2 Thiết kế và gia công khớp truyền động một chiều Khớp một chiều có nhiệm vụ truyền moment quay từ động cơ điện đến bánh xe sau và ngăn truyền động ngược từ bánh xe sau về động cơ điện. Phương pháp thiết kế : Để tiết kiệm thời gian và giảm nhẹ Hình 3.5: Tấm định vị lắp với hộp bánh răng các bước tính toán về kết cấu, vật liệu và gia công. Do đó, tác giả đã chọn một khớp truyền động một chiều có sẵn và sau đó thực hiện việc gia công cải tạo lại. Sau khi nghiên cứu, tác giả nhận thấy bộ ly hợp khởi động trên xe máy có thể thực hiện cải tạo lại thành khớp một chiều, vì nó có ưu điểm là kích thước tương đối nhỏ gọn và dễ tìm. Hình 3.6: Tấm định vị lắp với động cơ điện Hình 3.7: Chốt định vị M14 Hình 3.2: Bản vẽ lắp ly hợp khởi động trên xe máy
4. 3.1.4 Gia công và lắp ráp Sau khi hoàn tất việc tính toán thiết kế, lập bảng vẽ ta thực hiện lựa chọn vật liệu, gia công và lắp ráp cơ cấu truyền động của động cơ điện. Theo như phân tích thì cơ cấu truyền động của động cơ điện được thiết kế thành một cụm chi tiết rời. Nên sau khi gia công chế tạo, các chi tiết được lắp ráp lại thành một khối hoàn chỉnh. Hình 3.12: Nắp hộp truyền động sau khi cải tạo 3.3 Lắp cơ cấu truyền động vào xe Sau khi đã hoàn thành việc cải tạo lại phần sau lốc máy, ta tiến hành lắp cơ cấu truyền động của động cơ điện vào xe. Cơ cấu truyền động của động cơ điện Hình 3.8: Sơ đồ khối cơ cấu truyền động của động cơ điện sau khi lắp 3.2 Cải tạo lốc máy Để lắp ráp cơ cấu truyền động của động cơ điện vào xe thì Hình 3.13: Cơ cấu truyền động của động cơ điện sau khi lắp vào xe cần phải cải tạo lại lốc máy ở 2 vị trí là : Phần vỏ sau phía sau của lốc máy và phần nắp của hộp truyền động trên xe. 3.4 Thiết kế và gia công các mạch điện điều khiển 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý và chức năng từng khối Hình 3.9: Phần sau của lốc máy trước khi cải tạo Hình 3.14: Sơ đồ khối các mạch điều khiển Khối gear box: Khối này là khối cơ khí liên kết giữa động cơ và bánh xe (Khối này đã trình bày ở mục 3.1) Hình 3.10: Phần sau của lốc máy sau khi cải tạo Khối sensor 1: Đây là khối cảm biến xung cho biết tốc độ của bánh xe, trong đề tài này tác giả đã lựa chọn và sử dụng cảm biến tiệm cận điện cảm Fotek PM12-02P-S. Ngõ ra của cảm biến là chuỗi xung hình sin có tần số thay đổi theo tốc độ quay của bánh xe. Hình 3.11: Nắp hộp truyền động trước khi cải tạo Hình 3.15: Cảm biến tiệm cận Fotek PM12-02P-S
5. +12v U1:C 4 10k 10 C1 104 Khối sensor 2: Khối này có chức năng cảm biến tốc độ R3 +12v J1 8 +12v 1 9 2 MOTOR U1:B R6 47k 3 XE 1 1 U1:A 1 R8 4 1 TL084 R1 4 U2:A 6 4 10k quay của động cơ điện, thông thường người ta sử dụng các 1 7 3 SIL-100-04 10k 1 5 1 3 1 U1:D R5 U2:B 1 2 1 6 4 4 R7 U2:C 2 7 9 10k U2:D 12 4 5 8 12 10k R2 TL084 1 14 1 10 14 I-SW TL084 1 TL084 encoder tích hợp chung động cơ hoặc gắn rời bên ngoài. Ở đây 1 13 13 10k TL084 4 TL084 4 TL084 R4 RV1 1 1 1 1 TL084 10k -12V 100k -12V R10 1 2 sử dụng encoder gắn chung với động cơ. 50% 10k R9 3 10k Khối FVC1: FVC (Frequency to Voltage Converter) là C3 104 +12v R12 10k R14 U4:A khối có chức năng chuyển đổi tần số điện áp. Khối này có tác 4 10k 1 1 3 C2 1 R11 104 U4:B 1 1 6 R13 U4:C 4 2 7 9 100k U4:D 5 8 12 10k dụng nhận tần số từ bộ sensor 1 cảm biến tốc độ bánh xe để 10 14 D-SW 1 TL084 1 13 TL084 4 TL084 4 TL084 RV2 1 +12v 1 100k -12V R16 1 2 chuyển đổi thành điện áp. Khi tần số ngõ vào của khối thay 54% 10k 4 3 U5:C 4 R15 10 U5:B 4 10k 8 5 U5:A đổi thì điện áp ngõ ra thay đổi theo tỷ lệ thuận, điều này đồng 9 7 S1 3 6 1 S2 TL084 RV3 2 1 TL084 1 100k 1 TL084 R18 1 1 1 2 1 50% nghĩa với việc khi tốc độ bánh xe quay nhanh sẽ tạo ra điện áp 4 5k6 R19 U3:C 10 R21 R17 3 8 10k 5k6 -12V 9 10k I-SW DSW1 TL084 tăng lên. 1 ON OFF 1 4 I_O 1 I-SW I_O 2 3 D_O +12v D-SW DIPSW_2 2 1 4 R20 U3:D R27 12 R22 +12V 14 10k 10k +12V +12v 2 J4 13 10k C4 470u C6 D-SWSIL-100-02D_O TL084 SW1 J3 4 104 1 J2 1 1 U3:B 4 5 D1 1 2 2 1 U3:A R23 7 3 R29 1 2 3 S1 6 1 OUT SIGNAL 3 C5 DIODE 2 POWER 10k TL084 10k 470u J5 OUT C7 1 TL084 1 104 SIL-100-02 1 1 R28 S2 R24 R26 TO PWM 10k 10k 10k U1 R25 -12V -12V 9 10k SENSOR1 1 8 TACHO+ V+ C 5 OUT_FVC1 E 11 10 TACHO- OPIN- Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý khối so sánh và PID 4 OPIN+ R2 2 3 CC GND FLT 10k LM2907 12 C2 R1 C1 1uF 10k 1u Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý khối FVC1 Điện áp ngõ ra của mạch được xác định theo công thức: V0 = VCC*fin*R1*C1 Trong đó : Hình 3.19: Sơ đồ mạch điện dạng 3D - VCC là điện áp cung cấp cho mạch. - fin là tần số ngõ vào của mạch (tần số từ khối sensor Khối PWM: Khối PWM (Pulse Width Modulation) là khối 1 đưa đến). điều chế độ rộng xung, khối này nhận tín hiệu từ PID, sự thay Khối FVC2: Tương tự như khối FVC1, thì FVC2 dùng để đổi điện áp ra của khối PID khi đưa vào khối này sẽ tạo ra độ chuyển đổi tần số của cảm biến động cơ điện sang điện áp. rộng xung thay đổi theo tỷ lệ thuận. Mục đích của PWM là Khối FVC1 và FVC2 được thiết kế trên cùng 1 board mạch. điều khiển tốc độ động cơ DC. Sơ đồ nguyên lý: +12V U1 12 14 VCC REF 16 3 2IN+ FB 15 1 PID C1 2IN- 1IN+ 13 2 CTRL 1IN- 104 5 11 TO MOTOR DRIVER CT C2 R1 6 8 RT C1 Hình 3.17: Sơ đồ linh kiện dạng 3D 560 4 10 DTC E2 7 9 Khối so sánh và PID: Khối PID (Proportional Integral GND E1 TL494 Derivative) có chức năng điều khiển sự sai lệch giữa tốc độ động cơ với tốc độ bánh xe. Khối này được chia thành 3 phần là khối P (khuếch đại), I (tích phân) và D (vi phân). Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý khối PWM Khối P làm cho thời gian đáp ứng đủ nhanh để tốc độ động cơ bám được theo bánh xe. Tuy nhiên khi điều chỉnh hệ số T ần số của mạch được quyết định bởi R1, C1 theo công khuếch đại lớn quá sẽ dẫn đến hiện tượng vọt lố (overshot). thức: Khối D sẽ hạn chế tình trạng overshot làm cho hệ thống trở fosc =1,1/(R1*C1) ~ 2KHz. nên ổn định. Nhưng khi điều chỉnh hệ số khuếch đại cho khối này lớn sẽ dẫn đến tình trạng hệ thống rơi nhanh vào trạng thái Khối motor driver: Khối này có tác dụng cách ly và thúc ổn định lỗi, nghĩa là tính ì của hệ thống (steady state error). mạch công suất, nguyên tắc hoạt động của khối này sẽ được Khối I sẽ hạn chế tình trạng ì của hệ thống, đồng thời cũng giải thích chung với 2 khối công suất và bảo vệ quá dòng không cho tình trạng vọt lố xảy ra. (motor power Current Limiting).
6. Khối motor power và khối Current Limiting: Chỉ có 2 bánh răng trong hộp truyền động trung gian quay Sơ đồ nguyên lý: còn trục động cơ điện đứng yên. Điều này chứng tỏ khớp +12V truyền động một chiều của động cơ điện hoạt động tốt. Các bánh răng trong hộp truyền động trung gian quay trơn U1 +12V +24V 12 14 VCC REF R2 16 3 2IN+ FB 680K nhẹ, không phát ra tiếng kêu và không bị bó kẹt. 15 1 PID C1 2IN- 1IN+ 13 2 CTRL 1IN- Q2 104 5 11 J2 CT C2 C1815 R8 Cơ cấu truyền động của động cơ điện đảm bảo vững chắc U2 1 R1 8 1k 6 8 2 RT C1 D1 560 C DIODE 4 10 2 C MOTOR DTC E2 A V 5 O1 an toàn, không bị rung lắc khi hoạt động. 7 9 GND E1 Q1 TL494 IRF3205 6 O2 U4:B U3 3 4 R7 K D 4 1 N 4.1.2 Kiểm tra hoạt động của các mạch điện điều khiển R6 G 1k 5 7 R3 R4 10k 3 3 2 1k 7 PC923 10k 6 J1 R5 RV1 +12V 1 PC817 % 0R1/7W 0 động cơ điện 1 5 2 GND C2 2 1 PID TL084 3 10uF SIL-100-03 1 10k * Kiểm tra mạch biến đổi tần số sang điện áp : Cách tiến hành : Chống xe bằng chân chống giữa, khởi động xe và tăng ga cho tới khi bánh xe sau quay theo chiều Hình 3.2 1: Sơ đồ nguyên lý khối công suất và bảo vệ quá dòng làm việc. Sử dụng dao động ký (Oscilloscope) đo xung của cảm biến tốc độ bánh xe và cảm biến tốc độ motor. Tín hiệu từ PWM đưa đến chân B của Q2 để điều khiển Kết quả: LED quang trong U2. Khi LED quang trong U2 dẫn sẽ tạo ra + Xung phát ra của cảm biến tốc độ bánh xe: áp trên chân 6 của U2 làm Q1 dẫn, làm động cơ quay. Do tín hiệu từ PWM không liên tục (xung vuông có độ rộng xung thay đổi) nên Q1 dẫn điện không liên tục, vì thế cần có D1 để bảo vệ Q1. R5 là điện trở công suất, dòng điện qua điện trở này cũng chính là dòng điện qua động cơ. Ta tham chiếu điện áp trên điện trở này sẽ bảo vệ được quá dòng cho động cơ. Tín hiệu được lấy ra trên R5 qua mạch trễ R6, C2 đến mạch so sánh ngưỡng do RV1 chỉnh để xác định khi nào Opto PC917 dẫn. Khi Opto PC917 dẫn sẽ kéo điện áp ngõ ra PWM xuống 0V làm U2 ngưng dẫn, Q1 ngưng dẫn, động cơ ngưng + Xung phát ra của cảm biến tốc độ motor: quay. Hình 3.22: Sơ đồ mạch dạng 3D * Kiểm tra mạch điều khiển động cơ điện: Cách tiến hành : Chống xe bằng chân chống giữa, đấu dây điện từ bình Accu vào mạch điều khiển và đấu dây từ mạch điều khiển vào động cơ điện. Sử dụng mạch điều chỉnh điện áp để thay đổi hoạt động của mosfet trên mạch điều khiển động cơ điện. Kết quả: Khi thay đổi điện áp vào mosfet trên mạch điều khiển động cơ điện thì tốc độ quay của động cơ điện cũng thay đổi theo. Điều này chứng tỏ rằng mạch điều khiển động cơ điện hoạt động tốt. * Kiểm tra mạch PID: Cách tiến hành : Chống xe bằng chân chống giữa, cấp nguồn cho mạch PID. Đưa điện áp điều chỉnh được vào 2 ngõ nhận mạch PID (cảm biến tốc độ bánh xe và cảm biến tốc độ Hình 3.23: Các mạch điện và Accu sau khi lắp vào xe động cơ điện). Tiến hành đo điện áp ngõ ra của mạch PID. Kết quả : 4. Thực nghiệm Khi điện áp ngõ ra của cảm biến tốc độ bánh xe lớn hơn 4.1 Kiểm tra các bộ phận trước khi chạy thực nghiệm điện áp ngõ ra của cảm biến tốc độ động cơ điện (xe tăng tốc) 4.1.1 Kiểm tra cơ cấu truyền động của động cơ điện : Cách tiến hành: Chống xe bằng chân chống giữa và quay thì điện áp ra của mạch PID tăng (điều khiển động cơ điện bánh xe sau theo chiều làm việc và tiến hành quan sát. quay nhanh hơn). Kết quả: Khi điện áp ngõ ra của cảm biến tốc độ bánh xe nhỏ hơn điện áp ngõ ra của cảm biến tốc độ động cơ điện (xe giảm tốc)
7. thì điện áp ra của mạch PID giảm (điều khiển động cơ điện 4.4 Thử tiêu hao năng lượng điện khi nạp lại Accu quay chậm hơn). 4.4.1 Các bước tiến hành thử: Khi điện áp ngõ ra của cảm biến tốc độ bánh xe bằng 0V Nạp đầy Accu theo qui định của nhà xản xuất. (dừng xe) điện áp ngõ ra của cảm biến tốc độ động cơ điện Cho xe chạy 58 km như đã thử nghiệm trên mục 4.3 giảm về 0V thì điện áp ra của mạch PID bằng 0V (động cơ Sau khi kết thúc thử khoảng cách chạy ở chế độ lai liên điện dừng hẳn). tục. Nạp đầy bộ Accu và ghi mức tiêu hao năng lượng được 4.2 Chạy thử xe trên đường và đo mức tiêu hao nhiên liệu biểu thị trên điện kế. 4.2.1 Điều kiện thử : Tiến hành thử nghiệm mức tiêu hao năng lượng điện khi Tổng khối lượng xe là 208 kg: bản thân xe 113 kg, người nạp lại Accu trong 3 lần. ngồi trên xe 72 kg, bộ truyền lực + Accu + động cơ điện = 23 4.4.2 Kết quả: kg. Lần nạp Thời gian Mức tiêu hao Xe vận hành trên đường nhựa, điều kiện ít gió. Accu nạp (giờ) năng lượng điện (kw) Accu được nạp theo qui định của nhà sản xuất. 1 5 1 Tiến hành điều khiển xe chạy trên đường thử lần lượt ở 2 2 5 1 chế độ: 3 5 1 + Chế độ chạy bình thường (Chỉ chạy bằng động cơ xăng) Như vậy, mức tiêu hao năng lượng điện bình quân là + Chế độ chạy lai (Chạy bằng động cơ xăng và động cơ 1kw/58 km. điện). 4.5 Đo khối lượng xe hoàn chỉnh: Tiến hành chạy thử nghiệm ở các cấp tốc độ khác nhau ứng Xe hoàn chỉnh (kể cả Accu + bộ truyền động) đặt lên cân, với từng chế độ hoạt động. Ở mỗi cấp tốc độ chạy thử nghiệm đo khối lượng. 3 lần và tiến hành đo mức tiêu hao nhiên liệu ở mỗi lần thử. Kết quả: Tổng khối lượng xe là 136 kg, nặng hơn 23 kg so 4.2.2 Kết quả: với nguyên trạng ban đầu. Ở chế độ chạy bình thường : 4.6 Thử an toàn các bộ phận điện: Tốc độ Lần Lượng nhiên Quãng đường Đo đặc tính cách điện: đặc tính cách điện được thử bằng (km/h) chạy thử liệu (lít) chạy được (km) VOM. Các bộ phận kiểm tra gồm: khung, vỏ động cơ điện. 1 1 30,5 Kết quả : Đặc tính cách điện tốt, đảm bảo an toàn. 50 ÷ 60 2 1 31 4.7 Thử mạch bảo vệ quá dòng: 3 1 31 4.7.1 Tiến hành thử 1 1 38 Chống xe bằng chân chống giữa. 30 ÷ 40 2 1 39 Kẹp Amp kềm vào dây dương của động cơ điện. 3 1 39 Khởi động xe và tăng ga cho bánh xe sau quay. Ở chế độ chạy lai: Bật công tắc kích hoạt cho động cơ điện hoạt động. Tốc độ Lần chạy Lượng nhiên Quãng đường Bóp phanh tay đột ngột để giữ bánh xe sau đứng yên. (km/h) thử liệu (lít) chạy được (km) 4.7.2 Kết quả 1 1 38 Số chỉ thị trung bình trên Amper lớn hơn 10 A thì động cơ 50 ÷ 60 2 1 39 điện dừng, chứng tỏ mạch bảo vệ quá dòng có tác động đối với 3 1 39 trường hợp động cơ bị quá tải. 1 1 45,5 5. Kết luận 30 ÷ 40 2 1 46 Qua quá trình thực hiện đề tài Thiết kế hệ thống truyền 3 1 46 lực cho xe gắn máy lai đã giải quyết được các vấn đề sau: Nghiên cứu, tính toán lựa chọn động cơ điện. Như vậy khi xe hoạt động trong khoảng tốc độ 30 ÷ 40 Nghiên cứu và ứng dụng các linh kiện: IC LM2907, IC km/h thì lượng tiêu thụ nhiên liệu là tiết kiệm nhất. Trên cùng TL084, IC TL494, cảm biến tiệm cận điện cảm Fotek PM 12- một quãng đường, vận tốc và điều kiện thử thì xe hoạt động ở 02P-S, IC PC 923 và IC PC 817 để lắp ráp các mạch điện điều chế độ lai có mức tiêu thụ nhiên liệu ít hơn khoảng 20% so với khiển động cơ điện. chế độ hoạt động bình thường. Điều này làm cho lượng phát Thiết kế phương án và ứng dụng phần mềm để thiết kế và thải của xe thấp hơn và mức ô nhiễm không khí cũng thấp gia công hoàn thiện cơ cấu truyền lực cho xe lai. hơn. Kết quả vận hành thử nghiệm cho thấy, xe đạt được tiêu 4.3 Thử khoảng cách chạy ở chế độ lai liên tục: chí giảm tiêu hao nhiên liệu và lượng phát thải. 4.3.1 Tiến hành thử: Accu được nạp theo qui định của nhà sản xuất và xe được Tài liệu tham khảo vận hành ở chế độ lai (bằng năng lượng điện và xăng) trong [1] Bùi Văn Ga – Nguyễn Quân – Nguyễn Hương, Thiết kế xe suốt quãng đường thử. máy hybrid, tạp chí khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng Xe vận hành trên đường nhựa, điều kiện ít gió. số 4(33).2009 Tải trọng 01 người ngồi trên xe 72 kg. [2] Phạm Quốc Phong, Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt động cơ Tiến hành thử nghiệm ở chế độ này 3 lần. lai trên xe gắn máy, Luận văn Thạc sĩ, Trường đại học Bách 4.3.2 Kết quả: Khoa Tp. Hồ Chí Minh, 2007 Kết quả ứng với mỗi lần thử, khi vận hành xe ở chế độ lai [3] với tốc độ trong khoảng 40 ÷ 60 km/h thì xe hoạt động được lai-hybrid-su-dung-dien-va-nhien-lieu-khi-hoa-long-lpg- trên quãng đường liên tục 50 km. 29545/ Nghỉ ngắt quãng 15 phút cho Accu phục hồi. Sau đó, xe [4] Tài liệu hướng dẫn sử dụng & bảo trì xe Attila của công ty vận hành tiếp tục được trên quãng đường 8 km. SYM.
8. Phụ lục Hình PL - 1: Hình dáng của xe sau khi cải tạo Thông tin lên lạc người chịu trách nhiệm bài viết: Họ tên: Đào Trọng cường Đơn vị: Trường Trung cấp ghề Vĩnh Long Điện thoại: 0902452279 Email: trongcuongtcn@yahoo.com.vn Xác nhận của GV hướng dẫn:
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.