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

nh 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