Thiết kế hệ thống truyền động lai trên xe máy Honda Wave 110
Tóm tắt – Xe gắn máy là một phương tiện
giao thông rất thông dụng, có tính cơ động và
phù hợp với hạ tầng giao thông ở Việt Nam. Hiện
nay, số lượng xe gắn máy đáng báo động (số xe
đăng kí khoảng 70,4 triệu chiếc trên 94,4 triệu
dân). Xe máy góp phần không nhỏ trong việc gây
ra ô nhiễm môi trường. Vì vậy, 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 hệ thống truyền động lai của
động cơ nhiệt truyền thống và động cơ điện trên
xe gắn máy. Qua đó, chúng tôi phân tích và đánh
giá kết quả thử nghiệm của hệ thống đã thiết kế
áng 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. Thực tế, 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 110 cc nên tác giả chỉ khảo sát và thực hiện phương án cải tạo cho loại xe này. Vị trí cải tạo sẽ được trình bày ở Hình 7. D. 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. Sử dụng gấp sau xe thông thường thiết kế lại phần rãnh để lắp cho động cơ điện, do trục động cơ điện lắp dôi với lõi động cơ nên phía bên ổ đĩa chỉ thiết kế lại ổ đĩa và ống chỉ đĩa cho phù hợp để lắp được trên động cơ điện. Do động cơ lắp vào trung tâm bánh sau xe nên cần phải thiết kế hệ thống phanh cho đảm bảo an toàn cho xe. E. Bố trí lắp pin Lithium-ion Yêu cầu đề ra ban đầu khi thiết kế lắp động cơ điện trên xe gắn máy 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 (pin Lithium-ion 3 kg, động cơ điện 4 kg). Do đó, để không phải cải tạo lại hình dáng của xe, ta sẽ cố gắng 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, chúng ta không cần phải cải tạo, gia công lại. Do đây là một bộ pin được thiết kế kín, chống thấm nước, va đập và rung động nên ta dễ dàng bố trí và lắp đặt. IC sẽ thực hiện nhiệm vụ cung cấp nguồn dẫn động động cơ điện và các mạch điều khiển phù hợp với tín hiệu tay ga. F. 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 chóng động cơ điện, chi tiết được chọn để thiết kế là gấp sau xe. Hình 8 thể hiện gấp xe trước và sau khi cải tạo. Do thiết kế đơn giản nên ta không cần lựa chọn vật liệu và tính toán lại các kích thước hay bố trí lại hệ thống. G. Cải tạo hệ thống truyền động lai trên xe Honda Wave 110 Động cơ điện sẽ được tích hợp vào bánh xe sau, khi đó, động cơ đốt trong hoạt động sẽ dẫn động rotor của động cơ điện quay làm động cơ điện sinh ra một lực hãm (động cơ ở chế độ phát điện), nhưng lực hãm này không đáng kể vì thế nó không ảnh hưởng tới công suất động cơ. Hình 9 thể hiện việc cải tạo lại bánh xe sau có gắn thêm động cơ điện. 25 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 32, THÁNG 12 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG Hình 7: Vị trí thiết kế, lắp đặt thêm chi tiết trên xe lai Hình 8: Gấp xe trước và sau khi cải tạo 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 bình thường khi cài số. Phía bên phải động cơ điện lắp bộ phanh thủy lực sẽ được gắn lên vỏ của động cơ thay cho bộ phanh trước đó của xe gắn máy. Điều này làm 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 đó, ta chỉ việc tháo bộ gấp có chứa Hình 9: Cải tạo lại bánh xe sau có gắn thêm động cơ điện động cơ điện (Hình 9) ra và thay vào đó bộ gấp nguyên thủy của xe gắn máy ban đầu. H. Thực nghiệm Thực nghiệm nhằm đánh giá tính năng của xe gắn máy lai khi có trang bị thêm động cơ BLDC với chức năng dẫn động xe khi động cơ xăng hoạt 26 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 32, THÁNG 12 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG động. Để đánh giá tính năng của xe máy lai, ta có nhiều tiêu chí khác nhau như công suất, suất tiêu hao nhiên liệu. . . Tuy nhiên, do điều kiện khó khăn về thiết bị thí nghiệm nên ta chỉ xem xét chi phí vận hành trên một đơn vị quãng đường xe chạy. Đo công suất động cơ điện BLDC khi ở chế độ máy phát. Thử nghiệm quãng đường đi được khi sử dụng năng lượng pin Lithium-ion. Thử nghiệm đánh giá sự tiêu hao nhiên liệu của xe lai. Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống nạp điện của động cơ đốt trong. 1. Thử tốc độ của động cơ điện BLDC: Theo nghiên cứu trọng tải tổng của xe là 222 kg, trong đó trọng lượng của xe là 95 kg, trọng lượng hai người ngồi trên xe 120 kg, trọng lượng pin Lithium-ion và động cơ BLDC là 07 kg. Chọn đường thử là loại đường nhựa bằng phẳng và mịn. Dùng nguồn điện 48 VDC cung cấp cho động cơ điện; khi cung cấp nguồn điện ta bắt đầu tăng tốc cho động cơ điện cho đến khi động cơ đạt tốc độ Vmax. Từ đó, duy trì vận tốc Vmax của động cơ với một quãng đường đo khoảng 100 m, sau đó ghi nhận kết quả. Kết quả thực nghiệm: Vận tốc Vmax của động cơ điện đo được trên đồng hồ tốc độ của xe là 35 km/h trong khoảng thời gian là 10 giây. 2. Thử nghiệm ở chế độ hoạt động liên tục trên đường phẳng: 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 140 kg. Kết quả thực nghiệm: Xe hoạt động trên đường bằng với tốc độ ổn định 30 km/h, với quãng đường liên tục 20 km. Nghỉ ngắt quãng 15 phút cho pin phục hồi. Sau đó, xe vận hành tiếp tục, vận tốc xe giảm từ 30 km xuống đến 10 km/h trên quãng đường 10 km còn lại. 3. 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. Và pin sẽ là nguồn năng lượng làm động cơ điện hoạt động dẫn động bánh xe chủ động. Hình 10 thể hiện thử ở chế độ chỉ có động cơ điện hoạt động. 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 nội thành. 4. Thử chế độ chỉ động cơ đốt trong hoạt động: Hình 10: Thử nghiệm xe chạy ở chế độ chỉ động cơ điện Động cơ điện sẽ không hoạt động. 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 đồng thời nạp điện cho pin Lithium-ion. Chế độ này, xe phải sử dụng động cơ đốt trong, tốc độ xe chạy trên 40 km/h, lúc này động cơ sử dụng nhiên liệu một cách hiệu quả, giảm được khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Điều này phù hợp khi xe chạy ở nơi giao thông thưa thớt như vùng ngoại thành. Hệ thống truyền động lai trên xe Honda Wave 110 này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ thực hiện, hiệu quả cao, việc bảo dưỡng sửa chữa rất dễ dàng. Ngoài ra, các phụ tùng thay thế dễ dàng tìm được trên thị trường và giá thành phù hợp. Qua kết quả trên, ta thấy vận tốc xe chạy bằng động cơ điện trên đường bằng đạt tối đa là 35 km/h, còn khi chạy liên tục vận tốc đạt trung bình là 30 km/h trên quãng đường dài 20 km (xe chạy ổn định), sau đó, ta cần nạp bổ sung cho pin bằng cách chuyển sang chế độ chạy bằng động cơ đốt trong. Điều này rất phù hợp khi xe vận hành trong thành phố, thị trấn nhằm giảm phát thải và không gây ô nhiễm môi trường. Trong quá trình xe chạy bằng động cơ đốt trong, pin được nạp, khi pin đầy ta chuyển sang chế độ chạy điện. . . cứ như vậy làm cho quãng đường hoạt động của xe được tăng hơn, điều này rất hợp lí và tiện lợi so với sản phẩm trong công trình nghiên cứu [4], [5] và [7]. Phương pháp chuyển đổi giữa xe máy thành xe lai chỉ với những thao tác đơn giản. Với thiết kế này, giá thành chuyển đổi thành xe máy lai không cao, chỉ khoảng năm triệu đồng (không tính xe máy nền) để cải tạo, phù hợp với các nước đang phát triển như Việt Nam. 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH, SỐ 32, THÁNG 12 NĂM 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG IV. KẾT LUẬN Phương án lắp đặt một động cơ điện tại bánh sau xe gắn máy để dẫn động trực tiếp có kết cấu đơn giản (không làm thay đổi tổng thành của xe), khả năng chịu lực của gấp sau không thay đổi nhiều, đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, hệ thống làm việc ổn định, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Với một dạng xe máy lai, do xe vừa chạy bằng động cơ đốt trong vừa chạy bằng động cơ điện nên nó làm tăng quãng đường chạy, thời gian làm việc của động cơ nhiệt giảm dẫn đến việc phát thải của động cơ giảm. Đề tài đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm thành công hệ thống truyền động lai trên xe gắn máy Wave 110 cc với kết quả như trên đã tiết kiệm được nhiên liệu cho động cơ đốt trong cũng như tiết kiệm chi phí cho người sử dụng. Đây là vấn đề khả thi cần được nhân rộng và phát triển trong xu thế hiện nay. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công ty Honda Việt Nam. Tài liệu đào tạo kỹ thuật xe wave. Honda Việt Nam Co; 2008. [2] Đào Trọng Cường. Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai [Luận văn Thạc sĩ]. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; 2014. [3] Phạm Quốc Phong. Nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt động cơ lai trên xe gắn máy [Luận văn Thạc sĩ]. Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh; 2007. [4] 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]. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; 2014. [5] Huỳnh Thịnh. Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai [Luận văn Thạc sĩ]. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; 2016. [6] Bùi Văn Ga, Nguyễn Quân, Nguyễn Hương. Thiết kế xe gắn máy Hybrid [Luận văn Thạc sĩ]. Trường Đại học Đà Nẵng; 2016. [7] Phan Văn Tuân. Nghiên cứu hiệu quả một số giải pháp nạp điện bổ sung cho xe máy điện [Luận văn Thạc sĩ]. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; 2015. 28
File đính kèm:
- thiet_ke_he_thong_truyen_dong_lai_tren_xe_may_honda_wave_110.pdf