Nghiên cứu tích hợp truyền động lai cho xe gắn máy với motor điện đặt tại bánh sau

TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018
NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP TRUYỀN ĐỘNG LAI CHO XE
GẮNMÁY VỚI MOTOR ĐIỆN ĐẶT TẠI BÁNH SAU
Ngô Thanh Hà1, Phan Tấn Tài2, Tăng Tấn Minh3, Huỳnh Thanh Bảnh4
RESEARCHING OF INTEGRATED HYBRID POWERTRAIN FOR
MOTORCYCLES WITH ELECTRIC MOTOR AT THE REAR WHEEL
Ngo Thanh Ha1, Phan Tan Tai2, Tang Tan Minh3, Huynh Thanh Banh4
Tóm tắt – Hiện nay, tuy xe gắn máy là phương
tiện giao thông rất thông dụng ở Việt Nam nhưng
nó cũng góp phần không nhỏ trong việc gây ra ô
nhiễm nguồn không khí. Giải pháp lắp đặt một
động cơ điện lên xe gắn máy nhằm giảm ô nhiễm
môi trường là việc làm thiết thực và mang lại hiệu
quả kinh tế cao. Bài báo này trình bày phương
án thiết kế lắp đặt hệ thống truyền động lai và
hệ thống điều khiển quá trình hoạt động giữa hai
nguồn năng lượng từ động cơ nhiệt truyền thống
và động cơ điện DC trên xe máy Honda wave
110cc. Sau đó, chúng tôi thử nghiệm, phân tích
và đánh giá kết quả thử nghiệm hệ thống; đề xuất
các giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất của hệ
thống truyền động lai trên xe máy.
Từ khóa: thiết kế hệ thống truyền động, xe
gắn máy, xe Honda Wave 110, hệ thống truyền
động lai.
Abstract – Today, motorcycle is a popular
means of transportation in Vietnam, because of
its flexibility and suitability for the transportation
infrastructure of the country. However, it also
significantly contributes to the cause of air pollu-
tion. Therefore The installation of electric motor
on motorcycle to reduce environmental pollution
is a practical and economical solution. This pa-
1,2,3,4Bộ môn Cơ khí - Động lực, Khoa Kỹ thuật và Công
nghệ, Trường Đại học Trà Vinh
Ngày nhận bài: 17/7/2018; Ngày nhận kết quả bình
duyệt: 15/9/2018; Ngày chấp nhận đăng: 06/11/2018
Email: tam@tvu.edu.vn
1,2,3,4Deparment of Mechanical Engineering, School of
Engineering Technology, Tra Vinh University
Received date: 17th July 2018 ; Revised date: 15th
September 2018; Accepted date: 06th November 2018
per presents the design of the hybrid powertrain
and the operation control system between the two
sources of power from traditional engines and
DC motors on Honda Wave 110cc. Following
that, the paper experiments, analyze and evaluate
this developed hybrid system, and to propose
solutions to improvement in the efficiency of the
hybrid transmission system on motocycle.
Keywords: powertrain design, motorcycle,
Honda Wave 110 motorbike, hybrid powertrain.
I. GIỚI THIỆU
A. Tổng quan về xe Hybrid
Hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp,
kết hợp giữa động cơ đốt trong với động cơ sử
dụng các nguồn năng lượng khác. Việt Nam đã
có rất nhiều nghiên cứu về xe gắn máy lai. Trong
nghiên cứu của Đào Trọng Cường [1], “Thiết kế
hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai”, với
mục đích là tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu ô
nhiễm môi trường, tác giả đã chọn một chiếc xe
tay ga Attila, cải tiến và lắp thêm một hệ thống
truyền lực từ động cơ điện DC với công suất
400W cùng phối hợp với một động cơ xăng để
dẫn động bánh sau. Luận văn của Phạm Quốc
Phong [2] “Nghiên cứu và thiết kế và lắp đặt
động cơ lai trên xe gắn máy” thực hiện nghiên
cứu trên xe gắn máy 100cc, lắp đặt thêm một
động cơ điện 60VDC. Sản phẩm vừa hoạt động
như chiếc xe máy bình thường vừa hoạt động như
một chiếc xe điện. Mục đích nhằm giảm lượng
khí thải và tiết kiệm nhiên liệu và sử dụng năng
lượng bằng phanh tái sinh nạp cho ắc quy. Hạn
chế thải nhiệt, giảm tiếng ồn và ô nhiễm trong
49
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
thành phố. Luận văn của Huỳnh Thanh Bảnh [3]
“Nghiên cứu một số giải pháp tiết kiệm nhiên liệu
và giảm ô nhiễm môi trường trên xe gắn máy”
có đối tượng nghiên cứu là xe máy điện SHMI,
chọn động cơ và máy phát điện phù hợp. Thiết
kế chế tạo thêm một bộ nâng điện áp ba pha xoay
chiều dạng xung 12VDC lên 48VDC để nạp cho
ắc quy trên xe máy điện. Mục đích phát điện
để nạp bổ sung cho ắc quy nhằm kéo dài quãng
đường chạy. Huỳnh Thịnh [4] “Nghiên cứu mô
hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe”
có đối tượng là xe gắn máy lai xăng điện (HEM
– Hybrid Electric Motocycle), cải tạo từ dòng xe
tay ga Lead 110cc với động cơ điện không chổi
than lắp tại bánh trước. Nghiên cứu này tập trung
vào xây dựng mô hình hoạt động hệ thống truyền
lực, hệ thống lưu trữ năng lượng trên xe bằng
phần mềm Matlab – Simulink với thuật toán điều
khiển phân phối công suất. Kết quả mô phỏng
được sử dụng dự đoán tính năng động lực học và
tính hiệu quả kinh tế nhiên liệu của xe cải tiến.
Ngoài nước, Tong và Jwo [5] đưa ra mẫu
thiết kế ứng dụng chế độ “Master-Slave” cho xe
Hybrid (H.E.M). Mô hình sử dụng là xe gắn máy
50cc để thiết kế phù hợp với dòng xe 100cc. Một
mô tơ điện DC phụ, được sử dụng để theo dõi tốc
độ quay của bánh sau đồng thời cung cấp thêm
mô men xoắn thông qua bộ hợp lực cho bánh sau,
do đó công suất được gia tăng. Tác giả Asaei và
Habibidoost [6] đã thiết kế và mô phỏng loại xe
lai điện song song TTR sử dụng CVT (hộp số
truyền động biến thiên vô cấp) với sự trợ giúp
của ADVISOR. Nghiên cứu này nhằm đạt hiệu
quả về tính kinh tế cũng như giảm lượng khí
thải. Điểm nhấn của phương pháp này là lượng
mô men xoắn từ ICE được máy phát hấp thụ. Hai
tác giả Hsu và Lu [7] cũng thực hiện nghiên cứu
của mình trên xe tay ga. Hai tác giả nghiên cứu
thiết kế hệ thống quản lí xe máy Hybrid sử dụng
bộ điều khiển điện tử ECU đến hai hệ thống tích
hợp với nhau: hệ thống truyền lực của xe tay ga
và động cơ điện. Việc tăng thời gian hoạt động
động cơ điện và giảm thời gian hoạt động của
động cơ xăng sẽ làm giảm thiểu lượng khí thải
ra môi trường.
Trong những nghiên cứu trên, các tác giả trong
và ngoài nước đã thể hiện thiết kế, cải tạo, tính
toán và mô phỏng hệ thống truyền động lai trên
xe gắn máy. Tất cả các nghiên cứu đều chọn đối
tượng nghiên cứu là chiếc xe gắn máy truyền
thống và một động cơ điện lắp đặt tại bánh trước
hay bánh sau xe gắn máy. Sau đó tính toán về tỉ
số truyền, tính toán mô phỏng về hệ thống, tính
toán về năng lượng tái sinh nạp bổ sung cho ắc
quy... Thông qua một số nghiên cứu trên, chúng
tôi nhận thấy một số đặc điểm trên xe lai mà
các tác giả nghiên cứu vẫn chưa khai thác hết.
Để tiếp nối các kết quả nghiên cứu, chúng tôi
đã chọn phương án “nghiên cứu tích hợp truyền
động lai cho xe gắn máy với motor điện đặt tại
bánh sau”.
B. Hệ thống truyền động trên xe Honda Wave
110
Hình 1: Sơ đồ hệ thống truyền động Honda Wave
110 [8]
1: piston; 2: trục khuỷu; 3: bộ li hợp; 4: hộp
số; 5: bánh sau; 6: bộ truyền động đến bánh sau.
- Truyền lực giữa hai bộ li hợp thông qua cặp
bánh răng: bánh răng chủ động và bánh răng bị
động, với tỉ số truyền của chúng (17/69). Nghĩa
là khi truyền lực của bộ li hợp này thì tốc độ của
động cơ giảm xuống gần bốn lần và khi đó mô
men cũng tăng gần bốn lần. Tuy nhiên, bộ li hợp
có rất nhiều tổn thất công suất do có hiện tượng
trượt của các đĩa ma sát của bộ li hợp, giảm hiệu
suất truyền qua bộ bánh răng, ổ bi và công suất
mất mát do áp suất của dầu nhờn được mô tả ở
Hình 2. Để tính toán đơn giản hơn, chúng ta có
thể bỏ qua một vài công tổn hao và chọn điều
kiện làm việc ổn định của động cơ tại thời điểm lí
tưởng nhất. Bộ li hợp trước (li hợp li tâm) có một
khớp một chiều (vừa có bi đũa và bộ khớp một
chiều). Khớp một chiều chỉ phát huy tác dụng
khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải, trong
điều kiện lực li tâm của động cơ chưa đủ lớn để
thắng được lực lò xo li hợp làm bung các càng
50
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
li hợp. Ngoài tác dụng trên, khớp một chiều còn
có nhiệm vụ khi xe trong lúc nổ vẫn còn số thì
có thể đẩy xe lui dễ dàng.
Hình 2: Cấu tạo bộ li hợp xe Honda Wave [8]
- Hộp số động cơ xe Honda Wave 110 là hộp
số cơ khí, có bốn cấp số truyền, các bánh răng
trong bộ số luôn ở trong trạng thái ăn khớp với
nhau giữa các bánh răng được thể hiện rõ ở Hình
3. Trên trục sơ cấp, hộp số được lắp chung với
bộ li hợp sau. Trục thứ cấp hộp số được lắp với
bánh răng truyền ở catte đuôi cá. Trục sơ cấp của
hộp số luôn luôn quay theo động cơ, còn trục thứ
cấp quay truyền động ra bánh xe sau.
Hình 3: Cấu tạo hộp số Honda Wave 110 [8]
- Truyền động bằng bánh răng có thể thực hiện
hai cách. Bánh sau lắp vào trục thứ cấp gọi là
truyền động trực tiếp, trục thứ cấp truyền động
cho bánh sau qua một bánh răng trung gian.
Hình 4: Bộ truyền xích Honda Wave 110 [9]
1: bánh kéo xích, 2: xích, 3: đĩa xích, 4: khóa
xích
- Truyền động bằng bánh răng dùng cho xe có
công suất lớn. Kết cấu gọn, bền và tốt. Nhược
điểm là phải đặt động cơ gần trục bánh sau nên
bánh sau chịu tải trọng lớn hơn bánh trước rất
nhiều. Điều này cần có độ chính xác cao trong
chế tạo và lắp ráp các chi tiết. Vị trí động cơ ảnh
hưởng đến trọng tâm hình dạng cân đối của xe.
- Ổ đĩa có khớp truyền trung gian của bộ truyền
lực từ trục thứ cấp của hộp số đến bánh xe chủ
động. Ổ đĩa có tác dụng giảm va đập, giúp bánh
xe quay ổn định và đồng tâm. Qua việc xác định
các thông số trên ổ đĩa, ta có thể tính toán lắp
đặt động cơ điện tại bánh sau xe, truyền động
song song với động cơ đốt trong và các phương
án thiết kế, lắp đặt cho hệ thống.
Hình 5: Cấu tạo ổ đĩa Honda Wave 110 [8]
Lắp động cơ điện trực tiếp bánh xe sau cả hai
hệ thống động cơ điện và động cơ đốt trong hoạt
động độc lập trong suốt thời gian xe lưu hành.
Để việc điều chỉnh, bảo dưỡng bộ truyền động
thuận tiện, đây là vấn đề được quan tâm trong
khâu thiết kế (không thay đổi kết cấu của gấp xe
và ổ đĩa).
51
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
C. Nguồn điện trên xe gắn máy
Nguồn điện của xe máy phát ra là nguồn điện
xoay chiều, với một hiệu điện thế thấp thường là
12 volts, 14volts – 16volts.
Máy phát xoay chiều nam châm quay, trong
suốt quá trình hoạt động của động cơ sẽ có ba
cấp điện áp được phát ra 12V, 14V – 16V như
được mô tả tại Hình 6. Công suất của cuộn nạp
điện ắc quy là 100W. Công suất của máy phát rất
nhỏ sẽ không đủ cung cấp nguồn điện cho động
cơ điện hoạt động.
Hình 6: Sơ đồ trải máy phát xe gắn máy Honda
Wave 110cc [2]
Khi quan sát kết cấu và không gian bố trí của
máy phát điện trên xe gắn máy, có thể thấy nó có
khả năng cải tạo nâng công suất để nạp lại cho
Pin Lithium-ion. Do vậy, trong đề tài, máy phát
của động cơ sẽ được cải tạo máy phát thành sáu
cuộn, cho hệ thống chiếu sáng với nguồn 12 volts
÷ 14 volts và hệ thống nạp điện cho pin Lithium-
ion với nguồn 56 volts ÷ 60 volts, chuyển đổi hệ
thống đánh lửa cuộn cảm thành đánh lửa sử dụng
nguồn DC.
D. Động cơ điện một chiều không chổi than
BLDC (Brushless DC Motor)
Động cơ điện một chiều có hiệu suất cao và
các đặc tính của chúng thích hợp với các truyền
động servo như được mô tả ở Hình 7. Tuy nhiên,
hạn chế duy nhất là cấu tạo của chúng cần có cổ
góp và chổi than những thứ dễ bị mòn và yêu cầu
bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên. Để khắc phục
nhược điểm này, người ta chế tạo loại động cơ
không cần bảo dưỡng bằng cách thay thế chức
năng của cổ góp và chổi than thông qua cách
chuyển mạch sử dụng thiết bị bán dẫn.
Những động cơ này được biết đến như một loại
động cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
hay còn gọi là động cơ một chiều không chổi than
BLDC (Brushless DC Motor). Do động cơ không
Hình 7: Động cơ một chiều không chổi than công
suất lớn và động cơ một chiều không chổi than
công suất nhỏ
(Nguồn: Tác giả)
có cổ góp và chổi than nên khắc phục được các
nhược điểm của loại động cơ một chiều thông
thường.
II. THIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG LAI
TRÊN XE HONDA WAVE 110
A. Phương án cải tạo hệ thống truyền động lai
trên xe Wave
Động cơ điện sẽ được tích hợp vào bánh xe,
khi đó, động cơ đốt trong hoạt động sẽ dẫn động
rotor của động cơ điện quay, từ đó động cơ điện
sinh ra một lực hãm, nhưng lực hãm này không
đáng kể vì thế không ảnh hưởng tới công suất
động cơ. Phía bên trái động cơ điện được gắn
đĩa truyền động của xe máy. Vì thế, động cơ đốt
trong vẫn dẫn động đến bánh xe sau khi cài số.
Ở phía bên phải động cơ điện, bộ phanh thủy lực
sẽ được gắn lên vỏ của động cơ điện thay cho bộ
phanh trước đó của xe gắn máy. Điều này giúp
phanh trên xe Hybrid hoạt động với độ an toàn
như xe nguyên bản.
Với việc lắp đặt như thế, ta có thể dễ dàng
chuyển đổi xe Hybrid về hình thức xe gắn máy
ban đầu đơn thuần chỉ có động cơ đốt trong. Để
làm được việc này, ta chỉ cần tháo bộ gắp có chứa
động cơ điện như Hình 8 và thay vào đó bộ gắp
có thiết kế nguyên thủy của xe gắn máy ban đầu.
Tay ga thay đổi độ rộng xung áp điều khiển
tốc độ động cơ điện dùng Hall sensor: khác với
phương pháp dùng biến trở, khi dùng Hall Sensor
được mô tả tại Hình 9, ta có thể thay đổi trực tiếp
giá trị điện áp cung cấp cho động cơ điện, Hall
sensor được mắc giữa hai đầu của từ trường cố
52
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Hình 8: Vị trí thiết kế và lắp đặt các hệ thống
(Nguồn: Tác giả)
định, tùy thuộc vào vị trí lắp đặt Hall sensor, ta
có những giá trị điện áp khác nhau. Cách điều
khiển tốc độ cho động cơ điện tương tự như dùng
biến trở. Tuy nhiên, khi dùng cảm biến Hall trong
bộ điều khiển, tốc độ động cơ sẽ giảm đi sự ma
sát, do đó bộ nguồn sẽ tăng độ bền khi sử dụng.
Hình 9: Tay ga điều khiển động cơ [9]
B. Xác định các vị trí cải tạo trên xe
Mỗi loại xe, mỗi hãng xe và đời xe đều có
những kiểu dáng riêng, nhưng để thiết kế xe lai,
tác giả chọn xe Wave Alpha đời 2002. Dòng xe
này được trình bày các vị trí cải tạo và lắp đặt
thêm các thiết bị và động cơ điện trên xe như
Hình 10.
Hình 10: Vị trí lắp các thiết bị và động cơ điện
trên xe [8]
Thực tế, do mỗi loại xe có cấu tạo, hình dáng
và hệ thống truyền lực khác nhau nên sẽ có nhiều
phương án thiết kế cho việc cải tạo để lắp đặt
thêm các thiết bị và động cơ điện vào xe. Tuy
nhiên, do đã xác định việc thực nghiệm được
tiến hành trên xe Wave 110cc nên tác giả chỉ
khảo sát và thực hiện phương án cải tạo cho loại
xe này. Cách thức cải tạo sẽ được trình bày ở các
mục sau.
C. Truyền động từ động cơ điện đến bánh xe chủ
động
Vì tại vị trí lựa chọn để lắp động cơ điện liên
kết với cơ cấu truyền động của xe là trung tâm
bánh sau xe, nên ta chỉ cần thiết kế lại ổ đĩa lắp
bộ truyền xích và hệ thống phanh thủy lực cho
bánh xe sau.
D. Bố trí lắp pin Lithium-ion
Yêu cầu đề ra ban đầu khi thiết kế lắp động cơ
điện trên xe gắn máy là phải được thực hiện sao
cho sự thay đổi về kết cấu và hình dáng của xe
nguyên bản là thấp nhất. Tuy nhiên, với bộ nguồn
được chọn phải đáp ứng được tối thiểu quãng
đường khi xe hoạt động ở chế độ lai. Không gian
và khối lượng của bộ nguồn là không đáng kể
53
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
(pin Lithium-ion 3kg, động cơ điện 4 kg). Do
đó, để không phải cải tạo lại hình dáng của xe,
chúng tôi bố trí ở khoảng không gian còn lại
của xe phía trước tại vị trí trước thùng xăng. Để
vị trí lắp đặt pin được xác định không cần phải
cải tạo, gia cố lại. Do đây là một bộ pin được
thiết kế kín, chống thấm nước, chống va đập và
rung động nên ta dễ dàng bố trí. IC (Integrated
Circuit) sẽ thực hiện nhiệm vụ cung cấp nguồn
dẫn động động cơ điện và các mạch điều khiển
tay ga.
E. Thiết kế cải tạo gấp sau xe
Nhằm hạn chế đến mức thấp nhất về thay đổi
kiểu dáng của xe nguyên bản khi thiết kế cho hệ
thống truyền động lai, để đơn giản và tháo lắp
nhanh động cơ điện, chi tiết chọn để thiết kế là
gấp sau xe tại Hình 11. Do thiết kế đơn giản nên
không cần lựa chọn vật liệu hay tính toán lại các
kích thước hay bố trí lại hệ thống.
Hình 11: Gấp trước và sau khi cải tạo
(Nguồn: Tác giả)
F. Bộ điều khiển động cơ điện cho xe lai
* Phương án điều khiển
Có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động
cơ điện BLDC, ở xe lai thiết kế động cơ điện
BLDC điều khiển theo phương pháp điều chỉnh
chế độ rộng xung. Thiết kế đơn giản gọn nhẹ và
hiệu quả cao.
Khi tác động lên tay ga thông qua Hall sensor,
tín hiệu sẽ được gởi bộ điều khiển tốc độ động
cơ (IC khiển động cơ), bộ chuyển đổi trong IC
khiển nhận tín hiệu điện áp Hall từ 2,7 - 4,8V.
Bộ chuyển đổi sẽ chuyển đổi tín hiệu tương tự
Hình 12: Sơ đồ khối hệ thống động và điều khiển
xe lai
(Nguồn: Tác giả)
này thành dạng tín hiệu xung và gởi đến bộ điều
chỉnh xung sẽ cung cấp tín hiệu điều khiển dưới
dạng xung vuông có độ rộng xung khác nhau. Từ
đây, chúng được khuếch đại bởi bộ transistor, bộ
khuếch đại có công dụng đóng ngắt dòng cung
cấp cho động cơ điện BLDC hoạt động.
* Sơ đồ mạch in bộ điều khiển tốc độ động cơ
BLDC
Bộ điểu khiển nhận tín hiệu từ tay điều khiển
dưới dạng xung vuông. Từ đây, chúng được
khuếch đại bởi transistor để điều khiển động cơ
điện, được mô tả ở Hình 13.
Hình 13: Sơ đồ mạch in hộp điều khiển tốc độ
động cơ điện
(Nguồn: Tác giả)
* Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động cơ
Xe được điều khiển thông qua tay ga ở bên
phải giống như xe máy. Nguyên lí làm việc tay
ga của xe là cảm biến Hall, kết hợp với một nam
châm hình khuyên. Thiết kế hình khuyên này sẽ
có tác dụng quét qua cảm biến khi vặn tay ga.
Cảm biến sẽ đưa ra các mức điện áp tương ứng
với góc vặn ga để đưa tới bộ điều tốc được mô
tả nguyên lí hoạt động ở Hình 14. Bộ điều khiển
động cơ nhận tín hiệu từ tay điều khiển dưới dạng
xung vuông, từ đây chúng được khuếch đại bởi
transistor dưới dạng điện áp đặt vào bộ điều khiển
để điều khiển dòng điện tới động cơ điện.
54
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Hình 14: Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển tốc
độ động cơ
* Bộ điều khiển thực tế động cơ
Bộ điều khiển động cơ sẽ nhận tín hiệu từ điều
khiển tay ga để đưa ra dòng điện thích hợp tới
động cơ. Từ đó, động cơ tăng giảm được tốc độ
theo ý của người dùng. Ngoài ra, bo mạch hiện
nay được tích hợp thêm một số tính năng khác
của xe như hiển thị các thông số trên xe về mức
năng lượng, tốc độ...
III. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
Thử tốc độ của động cơ điện BLDC
Các bước thử nghiệm
- Chọn đường thử là loại đường nhựa bằng
phẳng và mịn.
- Dùng nguồn điện DC 48V cung cấp cho động
cơ điện, khi cung cấp nguồn điện và bắt đầu tăng
tốc cho động cơ điện đến khi động cơ đạt tốc độ
Vmax. Từ đó, chúng ta duy trì vận tốc Vmax của
động cơ với một quãng đường đo khoảng 100 m.
Sau đó, chúng ta nhận định kết quả.
Kết quả thực nghiệm
Vận tốc Vmax của động cơ điện đo được trên
đồng hồ tốc độ của xe là 35km/h trong khoảng
thời gian là 10 giây.
Thử nghiệm ở chế độ hoạt động liên tục
trên đường phẳng
Các bước thử nghiệm
- Nguồn năng lượng pin được nạp đầy đúng
theo quy định của nhà sản xuất.
- Cho xe hoạt động trên đường phẳng với điều
kiện lực cản gió rất nhỏ.
- Xe hoạt động với tải trọng của xe và chỉ
với một người điều khiển tổng trọng tải khoảng
140kg.
Kết quả thực nghiệm
Xe hoạt động trên đường bằng với tốc độ ổn
định 30 km/h với quãng đường liên tục 20km.
Nghỉ ngắt quãng 15 phút cho pin phục hồi. Sau
đó, xe vận hành tiếp tục vận tốc xe, sau đó giảm
xuống từ 30→10km/h trên quãng đường 10km
còn lại.
Thử quá trình tiêu hao nhiên liệu trong
100km
Các bước thử nghiệm
Trước khi tiến hành thử nghiệm, ta nạp đầy
năng lượng cho bộ pin Lithium-ion. Cấp nguồn
cho động cơ điện và cho động cơ hoạt động với
tốc độ 35km/h. Cho động cơ hoạt động liên tục
trên quãng đường thử. Sau đó, chúng ta nạp đầy
bộ pin ghi mức tiêu hao năng lượng được biểu
thị trên điện kế.
Kết quả thử nghiệm
45.1 km ta cần 1.53 kW.h. Sau 3.5 giờ nạp
đầy lại các pin, chỉ số điện kế chỉ 1.25kW.
Mức tiêu hao năng lượng là 1.25kW/41.5km hay
1.93kW/100km.
Thử nghiệm quãng đường đi được khi sử
dụng pin Lithium-ion
Các bước thử nghiệm
Nạp đầy điện cho pin, đồng thời ghi nhận số
kW điện tiêu thụ của bộ nạp.
Đo và ghi nhận điện áp pin, với quãng đường
đi được trên đồng hồ.
Chọn quãng đường thử nghiệm là đường bằng.
Chọn tốc độ vận hành là tăng tốc chậm đến
tốc độ ổn định.
Cho xe chạy trên đường và mang tải.
Ghi nhận số km đi được từ khi thử đến khi xe
không còn vận hành được nữa.
Kết quả thử nghiệm
Từ Bảng 1, ta nhận thấy để đi được 45.1 km, ta
cần 1.53 kW.h điện cho một lần sạc đầy, theo giá
bán lẻ điện sinh hoạt từ tháng 5/2018 tại vùng
nông thôn, 1kW/giờ điện có giá bán là 1.800
đồng. Vậy, giá điện cho một lần sạc đầy: 1.53
x 1,800 = 2,754 VND.
Thử mạch bảo vệ quá dòng
Các bước thử nghiệm
55
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Bảng 1: Bảng số liệu thử nghiệm quãng đường
đi được khi sử dụng pin Lithium-ion
Số lần thử 1 2 3 4 5 TB
Điện áp
lúc đầu
54.6 55 55.5 54 54.7 54.76
Điện áp
lúc sau
41 41.5 41 41.7 41.4 41.32
KW điện
nạp đầy
1.25 1.5 1.7 1.55 1.65 1.53km/h
Số km
đi được
44 45 46 45 45.5 45.1km
Chống xe bằng chân chống giữa.
Ngắt tín hiệu báo phanh ra khỏi bộ điều khiển.
Đạp phanh chân giữ bánh xe sau đứng yên.
Kẹp Amp kềm vào dây dương của động cơ
điện.
Bật công tắc kích hoạt cho động cơ điện hoạt
động.
Kéo tay ga lên vị trí cao nhất.
So sánh tiêu hao nhiên liệu khi xe hoạt động
cho từng chế độ
So sánh kết quả thử nghiệm
Xăng E5 RON92: 18,932 đ/lít, xe chạy được
47km/lít xăng. Điện: 1,800 đ/kW, thời gian sạc
3.5 giờ, tiêu thụ 1.5 kW điện, xe chạy được quãng
đường 19 km/lần nạp.
Bảng 2: So sánh chi phí hoạt động khi chạy xăng
và điện
Quãng đường 47 km
Chạy động cơ xăng 1lít 100%
Chạy động cơ điện 3.784737
kW
36%
Chi phí tiết kiệm 64%
Theo Bảng 2, nếu cứ 47km chạy độc lập thì
tiết kiệm được chi phí 64%.
Bảng 3: Tính chi phí chạy kết hợp động cơ xăng
và động cơ điện
47km chạy kết hợp xăng và điện
28km chạy xăng 19km chạy điện
0.59574 lit 59.57% 1.5kW 40.4%
Chi phí tiết kiệm 26.16%
Hình 15: So sánh chi phí hoạt động khi chạy xăng
và điện với quãng đường 47 km
Theo Bảng 3, cứ 47 km chạy kết hợp thì tiết
kiệm được chi phí 26%.
Hình 16: Đồ thị so sánh chi phí xe chạy trên
quãng đường 47km
Thử chế độ hoạt động chỉ có động cơ điện
Trong chế độ này, động cơ đốt trong không
hoạt động, hộp số phải đặt tại ví trí số N (chưa
cài số). Và pin sẽ là nguồn năng lượng làm động
cơ điện hoạt động dẫn động bánh xe chủ động
được mô tả tại Hình 17. Chế độ này, động cơ đốt
trong không hoạt động nên không phát khí thải,
với lại, động cơ điện có thể đạt tốc độ 40 km/h.
Vì thế, chế độ này rất phù hợp chạy trong môi
trường đô thị nội thành.
Hình 17: Thử nghiệm xe chạy ở chế độ chỉ động
cơ điện
56
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 31, THÁNG 9 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG
Thử chế độ chỉ động cơ đốt trong hoạt động
- Động cơ điện sẽ không hoạt động. Và khi
ở chế độ này, xe máy lai sẽ hoạt động như một
chiếc xe máy bốn số trước khi cải tạo.
- Chế độ này máy phát điện sẽ luôn hoạt động,
để cung cấp điện cho hệ thống điện trên xe, nạp
điện ắc quy và nạp điện cho pin HKBike.
- Chế độ này xe phải sử dụng động cơ đốt
trong, tốc độ xe nên chạy trên 40km/h, lúc này
động cơ sử dụng nhiên liệu một cách hiệu quả,
giảm được khí thải, tiết kiệm nhiên liệu mà vẫn
đạt hiệu quả cao.
- Chế độ này phù hợp chạy nơi giao thông thưa
thớt như ngoại thành hay các tỉnh.
Hình 18: Thử nghiệm động cơ ở chế độ chỉ động
cơ đốt trong
IV. KẾT LUẬN
Hệ thống truyền động lai trên xe Honda Wave
110 có ưu điểm là tuy kết cấu đơn giản, dễ thực
hiện nhưng nó mang lại hiệu quả cao và việc bảo
dưỡng sửa chữa rất dễ dàng. Ngoài ra, các phụ
tùng thay thế dễ dàng mua được trên thị trường
với giá thành phù hợp. Đồng thời, chúng ta cũng
dễ dàng chuyển đổi giữa xe máy và xe lai chỉ với
những thao tác đơn giản. Với thiết kế này, giá
thành chuyển đổi xe máy thành xe lai không cao,
chỉ với năm triệu đồng, không tính xe máy nền
để cải tạo, nó phù hợp với nước đang phát triển
như Việt Nam.
Sử dụng động cơ điện dẫn động bánh xe để
giảm thiểu khí thải khi xe hoạt động một cách
đáng kể, làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Với xe máy chạy bằng động cơ đốt trong, quãng
đường 47 km tốn hết 01 lít xăng, còn với động
cơ điện xe chạy được 19 km thì ta mới phải sạc
pin. Tiết kiệm được nhiên liệu cho động cơ đốt
trong chính là tiết kiệm tiền cho người sử dụng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đào Trọng Cường. Thiết kế hệ thống truyền lực cho
xe gắn máy lai [Luận văn Thạc sĩ]; 2014. Trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
[2] Phạm Quốc Phong. Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt động
cơ lai trên xe gắn máy [Luận văn Thạc sĩ]; 2007.
Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh.
[3] Huỳnh Thanh Bảnh. Nghiên cứu một số giải pháp tiết
kiệm, nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường trên xe
gắn máy [Luận văn Thạc sĩ]; 2014. Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
[4] Huỳnh Thịnh. Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng
hệ thống truyền lực xe lai [Luận văn Thạc sĩ]; 2016.
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ
Chí Minh.
[5] Chia-Chang Tong, Wu-Shun Jwo. An Assessment of
the Image of Mexico as a Vacation Destination and the
Influence of Geographical Location upon that Image.
Journal of Power Sources. 2007;174(1):61–68.
[6] Behzad Asaei, Mahdi Habibidoost. Design, simulation,
and prototype production of a through the road parallel
Hybrid electric motorcycle. Energy Conversion and
Management. 2013;71:12–20.
[7] Yuan-Yong Hsu, Shao-Yuan Lu. Design and imple-
mentation of a Hybrid electric motorcycle management
system. Applied Energy. 2010;87(11):3546–3551.
[8] Honda. Tài liệu kĩ thuật của hãng Honda; 2018.
[9] HKBike. Tài liệu thông số kĩ thuật pin Lithium-ion
của HKBike; 2018.
57