Thiết kế hệ thống truyền động lai trên xe máy Honda Wave 110

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