Tài liệu Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH Ô TÔ ĐIỆN SỬ DỤNG KHUNG VỎ COMPOSITE Sinh viên thực hiện: Trần Minh Sang Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. Nhóm sinh viên thực hiện: Họ và tên sinh viên Mã số sinh viên Lớp Huỳnh Hoài Phương 103140040 14C4A Trần Minh Sang 103140045 14C4A Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm 9 chương sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phân tích lựa chọn phương án thiết kế Chương 3: Tính toán thiết kế khung composite cho ô tô điện 4 bánh Chương 4: Tính toán thiết kế vỏ composite cho ô tô điện 4 bánh Chương 5: Thiết kế hệ thống truyền động cho ô tô điện 4 bánh Chương 6: Hệ thống điều khiển động cơ BLDC Chương 7: Tính toán thiết kế tổng thể cho ô tô điện 4 bánh Chương 8: Thiết kế hệ thống lái, hệ thống phanh cho ô tô điện 4 bánh Chương 9: Quy trình gia công và lắp ráp ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Khoa: Cơ Khí Giao Thông Số thẻ sinh viên 103140040 103140045 Lớp 14C4A 14C4A Ngành: Kỹ thuật cơ khí 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Theo tài liệu từ nhà chế tạo động cơ điện, thiết bị điện tử. 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phân tích lựa chọn phương án thiết kế Chương 3: Tính toán thiết kế khung composite cho ô tô điện 4 bánh Chương 4: Tính toán thiết kế vỏ composite cho ô tô điện 4 bánh Chương 5: Thiết kế hệ thống truyền động cho ô tô điện 4 bánh Chương 6: Hệ thống điều khiển động cơ BLDC Chương 7: Tính toán thiết kế tổng thể cho ô tô điện 4 bánh Chương 8: Thiết kế hệ thống lái, hệ thống phanh cho ô tô điện 4 bánh Chương 9: Quy trình gia công và lắp ráp 5. Các bản vẽ, đồ thị Tổng thể xe điện 4 bánh (A3) Khung xe (A3) Bích trục sau (A3) Moay ơ đĩa xích (A3) Moay ơ khớp một chiều (A3) Bảng vẽ kết cấu hệ thống treo (A3) Bảng vẽ kết cấu hệ thống truyền động (A3) Bảng vẽ tấm gia cường (A3) Bảng vẽ moay ơ bánh xe (A3) Bảng vẽ kết cấu xe điện 4 bánh (A3) 6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2019 8. Ngày hoàn thành: 09/06/2019 Trưởng Bộ môn Đà Nẵng, ngày tháng 6 năm 2019 Người hướng dẫn Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực PGS.TS. Dương Việt Dũng TS. Lê Văn Tụy Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. LỜI NÓI ĐẦU Trong suốt khoảng thời gian làm đề tài tốt nghiệp, chúng em đã gặt hái được rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như sự kết hợp làm việc nhóm. Lời đầu tiên chúng em xin cảm ơn đến Thầy TS. Lê Văn Tụy, thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp và xin gửi lời cảm ơn gửi đến các Thầy Cô trong Khoa Cơ khí Giao thông. Cảm ơn sự động viên và giúp đỡ tận tình từ gia đình và bạn bè. Chúng em đã phấn đấu và nỗ lực hết mình để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, song thời gian và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót mong quý thầy cô và bạn đọc đóng góp để đồ án này được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy i Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đây là đề tài riêng của nhóm, đề tài không trùng lặp với bất kỳ đề tài đồ án tốt nghiệp nào trước đây. Các thông tin, số liệu được sử dụng và tính toán đều từ các tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định. Sinh viên thực hiện Nhóm SV Xe điện 4 bánh Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy ii Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. MỤC LỤC TÓM TẮT .................................................................................................................................. i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................................................iii LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................ i CAM ĐOAN .............................................................................................................................. ii MỤC LỤC .................................................................................................................................iii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ..............................................................viii MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1 I. MỤC ĐÍCH LỰA CHỌN ĐỀ TÀI ...................................................................................... 1 II. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ............................................................................................................ 1 III. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................. 1 1. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................................... 1 2. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................................ 2 IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 2 1. Về lý thuyết ........................................................................................................................ 2 2. Về thực nghiệm .................................................................................................................. 2 1.1. Mục đích ý nghĩa khoa học của đề tài.......................................................................... 3 1.2. Nguồn năng lượng tương lai ......................................................................................... 3 1.2.1. Năng lượng gió ........................................................................................................... 3 1.2.2. Biomass - nhiên liệu sinh khối. .................................................................................. 4 1.2.3. Thủy điện ..................................................................................................................... 5 1.2.4. Năng lượng hạt nhân. ................................................................................................ 6 1.2.5. Năng lượng mặt trời ................................................................................................... 7 1.3. Tổng quan về sự phát triển của phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu sạch trên thế giới và Việt Nam. ........................................................................................................ 8 1.3.1. Hoàn thiện động cơ diesel ........................................................................................... 9 1.3.2. Ôtô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế ......................................................... 9 1.3.3. Ôtô chạy bằng khí thiên nhiên ................................................................................... 10 1.3.4. Ôtô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ................................................................. 10 1.3.5. Ôtô chạy bằng điện .................................................................................................... 10 1.3.6. Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu .................................................................................... 11 1.3.7. Ôtô hybrid .................................................................................................................. 12 1.3 Tổng quan về xe điện cá nhân ............................................................................................ 12 1.3.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................ 12 1.3.2. Cấu hình của một số loại xe điện cá nhân ................................................................. 13 1.3.2.1. Cấu hình của ô tô điện ........................................................................................... 13 1.3.2.2. Cấu hình một số xe điện cỡ nhỏ ............................................................................. 15 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ............................... 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO Ô TÔ ĐIỆN 4 BÁNH .. 20 3.1. Tính chọn motor điện .................................................................................................... 20 3.1.1. Tính và xây dựng đặc tính cho Động Cơ Điện. ...................................................... 20 3.1.2. Tính công suất nguồn động lực .............................................................................. 20 3.1.3. Chọn công suất cho nguồn động lực ...................................................................... 20 3.1.4. Tính tỉ số truyền giảm tốc ....................................................................................... 21 3.1.5. Tính lực kéo cho nguồn điện .................................................................................. 21 3.1.6. Tính đặc tính lực cản .............................................................................................. 23 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy iii Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. 3.1.7. Tính thời gian tăng tốc của ô tô ............................................................................. 24 3.2. Tính chọn ắc quy ........................................................................................................... 27 3.3. Tính toán các thông số động học của xe........................................................................ 30 3.3.1. Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực........................................................... 30 3.4. Truyền động xích ........................................................................................................... 31 3.5. Thiết kế các hệ thống truyền động................................................................................. 34 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG COMPOSITE CHO Ô TÔ ĐIỆN 4 BÁNH....................................................................................................................................... 35 4.1. Khái niệm ..................................................................................................................... 35 4.2. Ưu nhược điểm. ........................................................................................................... 35 4.3. Phân loại và lựa chọn vật liệu ..................................................................................... 36 4.3.1. Phân loại vật liệu composite ..................................................................................... 36 4.3.2. Phân tích và lựa chọn vật liệu. ................................................................................. 36 4.3.2.1. PVC form. .............................................................................................................. 36 4.3.2.2. Sợi thủy tinh. ......................................................................................................... 37 4.3.2.3. Sợi carbon. ............................................................................................................. 38 4.3.2.4. Lựa chọn vật liệu ................................................................................................... 39 4.4. Tính toán thiết kế khung ............................................................................................. 39 4.5. Thiết kế khung ............................................................................................................. 42 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VỎ CHO XE Ô TÔ ĐIỆN 4 BÁNH .................. 43 5.1. Phân tích lựa chọn vật liệu.......................................................................................... 43 5.1.1. Phân loại vật liệu composite. .................................................................................... 43 5.1.2. Phân tích và lựa chọn vật liệu. ................................................................................. 43 5.1.2.1. PVC form. .............................................................................................................. 43 5.1.2.2. Sợi thủy tinh. ......................................................................................................... 44 5.1.2.3. Sợi cacbon.............................................................................................................. 45 5.1.2.4. Lựa chọn vật liệu ................................................................................................... 46 5.2. Thiết kế vỏ .................................................................................................................... 47 CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC................................................. 48 6.1. Sơ đồ điều khiển động cơ BLDC ................................................................................ 48 6.2. Nguyên lý điều khiển động cơ BLDC ........................................................................ 48 6.3. Cảm biến vị trí Hall sensor ......................................................................................... 50 6.4. Nguyên lí hoạt động của động cơ BLDC. .................................................................. 52 6.5. Ưu-nhược điểm chung của động cơ một chiều không chổi than ............................. 53 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN TỔNG THỂ CHO XE ĐIỆN 4 BÁNH .............. 54 7.1. Thiết kế chung .............................................................................................................. 54 7.2. Tính toán động lực học tổng thể của xe ..................................................................... 55 7.2.1. Các thông số đầu vào ................................................................................................ 55 7.2.2. Tính lật ...................................................................................................................... 55 7.2.2.1. Tính lật ngang ....................................................................................................... 56 7.2.2.2. Tính lật dọc ............................................................................................................ 58 7.2.2.3. Biểu đồ ................................................................................................................... 59 7.2.2.3.1. Vận tốc giới hạn theo bán kính cua.................................................................. 59 CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI VÀ HỆ THỐNG PHANH CHO Ô TÔ ĐIỆN 4 BÁNH.................................................................................................................................... 60 8.1. Thiết kế hệ thống lái .................................................................................................... 60 8.2. Lựa chọn hệ thống phanh ........................................................................................... 60 8.3. Công dụng .................................................................................................................... 60 8.2.1. Yêu cầu...................................................................................................................... 61 8.2.2. Phân loại ................................................................................................................... 61 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy iv Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. CHƯƠNG 9: QUY TRÌNH GIA CÔNG VÀ LẮP RÁP ..................................................... 63 9.1. Quy trình gia công khung ........................................................................................... 63 9.2. Phương án gia công vỏ ................................................................................................ 63 9.3. Gia công và lắp ráp các hệ thống trên xe .................................................................. 63 9.3.1. Gia công hệ thống truyền động ............................................................................... 63 9.3.2. Hệ thống treo ............................................................................................................ 63 9.3.3. Hệ thống phanh ........................................................................................................ 64 KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 65 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 66 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy v Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ BẢNG 3.1 Đặc tính lực kéo của động cơ điện theo vận tốc. BẢNG 3.2 Lực cản BẢNG 3.3 Gía trị gia tốc BẢNG 3.4 Thời gian tăng tốc của ô tô BẢNG 4.1 Thông số đầu vào BẢNG 4.2 thông số tính toán BẢNG 4.3 Giá trị nội lực tại các mặt cắt ngang của khung BẢNG 7.1 Thông số thiết kế kỹ thuật của xe điện BẢNG 7.2 Thông số đầu vào BẢNG 7.3 Xác định vận tốc lớn nhất theo bán kính cua HÌNH 1.1 Máy phát điện sử dụng năng lượng gió HÌNH 1.2 Nhiên liệu sinh học HÌNH 1.3 Thủy điện đang là một phần quan trọng của nguồn năng lượng HÌNH 1.4 Nhà máy nhiệt điện hạt nhân HÌNH 1.5 Nhà máy điện năng lượng mặt trời HÌNH 1.6 Ô tô chạy bằng nhiên liệu sinh học HÌNH 1.7 Ô tô chạy bằng điện HÌNH 1.8 Ô tô Hybrid HÌNH 1.9 Ô tô điện cổ điển HÌNH 1.10 Ô tô hiện đại HÌNH 2.1 Phương án thiết kế xe điện 4 bánh có hộp giảm tốc và visai HÌNH 2.2 Phương án thiết kế xe điện 4 bánh dẫn động trực tiếp HÌNH 2.3 Phương án thiết kế xe điện 4 bánh dẫn động qua nhông, xích HÌNH 3.1 Sơ đồ bộ truyền động xích. HÌNH 3.2 Đồ thị đặc tính lực kéo của động cơ điện theo vận tốc. HÌNH 3.3 Đặc tính lực kéo và lực cản theo vận tốc. HÌNH 3.4 Đồ thị gia tốc khi chuyển động của ô tô. HÌNH 3.5 Đồ thị thời gian tăng tốc ứng với tốc độ. HÌNH 3.6 Acquy Globe 12V-15Ah HÌNH 3.7 Bộ truyền động xích HÌNH 3.8 Hệ thống truyền động xích HÌNH 3.9 Xích ống con lăn HÌNH 3.10 Xích răng Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy vi Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. HÌNH 3.11 Bộ truyền động trên xe HÌNH 4.1 Sơ đồ phân loại composite HÌNH 4.2 Tấm PVC foam HÌNH 4.3 Sợi thủy tinh HÌNH 4.4 Sợi carbon HÌNH 4.5 Biểu đồ nội lực trên khung xe HÌNH 4.6 Khung xe HÌNH 5.1 Tấm PVC foam HÌNH 5.2 Sợi thủy tinh HÌNH 5.3 Sợi cacbon HÌNH 5.4 Vỏ xe HÌNH 6.1 Sơ đồ điều khiển động cơ BLDC HÌNH 6.2: Động cơ BLDC HÌNH 6.3 Roto của động cơ BLDC HÌNH 6.4 Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than HÌNH 6.5 Động cơ BLDC cấu trúc nằm ngang HÌNH 6.6 Sơ đồ cấp điện cho các cuộn dây stato HÌNH 7.1 các hình chiếu của xe điện 4 bánh HÌNH 7.2 Sơ đồ minh họa bán kính vòng quay HÌNH 7.3 Sơ đồ lực tác dụng ngang lên thân xe HÌNH 7.4 Sơ đồ lực tác dụng dọc lên thân xe HÌNH 7.5 Đồ thị xác định vận tốc lớn nhất theo bán kính cua HÌNH 8.1 Hệ thống lái trên xe Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy vii Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite. DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU: G [KG] Trọng lượng toàn bộ của xe Fk Gk [N] [KG] Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động Trọng lượng khung xương Gct Gcs Gm [KG] [KG] [KG] Trọng lượng trục trước và bánh xe Trọng lượng bánh xe sau Trọng lượng động cơ Ga [KG] Trọng lượng acquy trước Gl [KG] Trọng lượng tay lái. Ff1 Ff2 Fw Fi Fj Z1, Z2 [N] [N] [N] [N] [N] [N] Lực cản lăn ở bánh xe chủ động Lực cản lăn ở bánh xe bị động Lực cản không khí Lực cản lên dốc Lực quán tính của ô tô khi chuyển động Phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên các L a, b [m] [m] Chiều dài cơ sở Khoảng cách từ tâm đến trục bánh xe trước và bánh xe sau hg [m] Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao inner [v/ph] Tốc độ quay bánh xe phía trong outter [v/ph] Tốc độ quay bánh xe phía ngoài  [v/ph] Độ chênh lệch tốc độ quay vòng của hai bánh xe 0 [v/ph] Độ chênh lệch tốc độ quay vòng ban đầu của bánh xe 0 [v/ph] Tốc độ ban đầu của bánh xe K0 Kps d [-] [-] [m] Hệ số góc quay ban đầu Hệ só góc quay khi có hệ thống hỗ trợ lái Quãng đường di chuyển của sóng âm v t VH kH Ic [m/s] [s] [V] [m3/c] [A] Vận tốc sóng âm trong không khí Quãng thời gian truyền sóng Điện áp Hall Hằng số Hall Dòng cấp vào Sinh viên thực hiện: Huỳnh Hoài Phương Trần Minh Sang Hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy viii Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . MỞ ĐẦU I. MỤC ĐÍCH LỰA CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nghành công nghiệp ô tô đã mang lại nhiều thuận tiện trong đời sống, tuy nhiên số lượng ô tô ngày càng tăng kéo theo nhiều vấn đề về môi trường, nhiên liệu ngày càng cạn kiệt. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tìm nguồn năng lượng thay thế. Nguồn năng lượng điện sử dụng trên phương tiện giao thông là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Ở các thành phố lớn đã bắt đầu xu hướng sử dụng xe điện cá nhân. Với những ưu điểm, thân thiện, nhỏ gọn thuận tiện, người lớn tuổi dể sử dụng. Thêm vào đó việc sử dụng vật liệu composite nhờ những ưu điểm vượt trội với tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao,cứng vững, chịu va đập, uốn kéo tốt. Sẽ là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong tương lai đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô. Đề tài ‘‘Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite’’ là một đề tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế một phương tiện giao thông chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, điều khiển bằng điện, đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một xe điện mang thương hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, gần như bằng không, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và tạo ra một nét mới để khẳng định nguồn nhân lực của con người Việt Nam. II. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI • Tính toán thiết kế tính ổn định trên xe điện. • Nghiên cứu thiết kế chế tạo kết cấu cơ khí trên xe điện. • Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển trên xe. III. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1. Phạm vi nghiên cứu • Xe điện thiết kế chạy trên các địa hình bằng phẳng như sân bay, khu công nghiệp hay các cơ sở sản xuất. • Xe điện chạy với vận tốc tối đa khoảng 70 [Km/h]. • Tính toán lựa chọn động cơ điện, ắc quy, nguồn sạc cho xe điện. • Tính toán, thiết kế khung vỏ, bộ truyền động cho xe điện. • Thiết kế hệ thống điều khiển trên xe điện. 1 Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . 2. Đối tượng nghiên cứu Xe điện 4 bánh. IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Về lý thuyết • Sử dụng các giáo trình, tài liệu nước ngoài, các bài báo, các trang web về xe điện, xe điện 4 bánh. • Sử dụng Excel để tính toán, xây dựng biểu đồ. • Sử dụng các phần phềm thiết kế Catia, CAD để thiết kế xe. 2. Về thực nghiệm • Sau khi chế tạo xong phần khung vỏ của xe điện thì tiến hành lắp đặt hệ thống điện lên xe. • Sử dụng hệ thống điều khiển động cơ BLDC. • Chạy thử nghiệm sau khi lắp đặt. • Kiểm tra độ ổn định của hệ thống cơ khí để tiến hành điều chỉnh cho hợp lí. • Đo đạc các thông số và tiến hành điều chỉnh để xe hoạt động ổn định. 2 Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Mục đích ý nghĩa khoa học của đề tài Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nghành công nghiệp ô tô đã mang lại nhiều thuận tiện trong đời sống, tuy nhiên số lượng ô tô ngày càng tăng kéo theo nhiều vấn đề về môi trường, nhiên liệu ngày càng cạn kiệt. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tìm nguồn năng lượng thay thế. Nguồn năng lượng điện sử dụng trên phương tiện giao thông là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Ở các thành phố lớn đã bắt đầu xu hướng sử dụng xe điện cá nhân. Với những ưu điểm, thân thiện, nhỏ gọn thuận tiện, người lớn tuổi dể sử dụng. Trên cơ sở đó, đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra nhưng giải pháp áp dụng công nghệ vẫn là giải pháp được đánh giá cao. Điều này được minh chứng bởi những chiếc ôtô điện thông minh của các hãng xe lớn như TESLA, BMW, … Cũng chính nhờ vậy mà các hãng xe này có thể duy trì được hoạt động sản xuất kinh doanh các dòng xe của mình trong nền kinh tế cạnh tranh cao. Thêm vào đó việc sử dụng vật liệu composite nhờ những ưu điểm vượt trội với tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao,cứng vững, chịu va đập, uốn kéo tốt. Sẽ là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong tương lai đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô. Đề tài ‘‘Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite’’ là một đề tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế một phương tiện giao thông chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, điều khiển bằng điện, đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một xe điện mang thương hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, gần như bằng không, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và tạo ra một nét mới để khẳng định nguồn nhân lực của con người Việt Nam. 1.2. Nguồn năng lượng tương lai 1.2.1. Năng lượng gió Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong những phương thức thu thập năng lượng được biết đến từ thời cổ đại. Khái niệm sử dụng cối xay gió đang có bước tiến xa hơn khi các nhà khoa học đang muốn tạo ra máy điện trên bầu trời bằng cách thả nổi cối xay gió ở độ cao 4,5 km trong bầu khí quyển. Hệ thống này trang bị 4 cánh quạt và 2 tua-bin giúp tạo ra nguồn điện từ gió. Năng lượng gió hiện nay chỉ chiếm 0,1% nhu cầu điện của thế giới, nhưng 3 Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . con số này dự kiến sẽ tăng nhanh và là một trong những hình thức của năng lượng sạch trong tương lai. Việc mở rộng khai thác năng lượng gió cũng gặp những khó khăn không nhỏ bởi hệ thống này phụ thuộc vào vị trí của nơi có gió mạnh. Nhiều lo ngại chỉ ra rằng các trang trại gió có thể ảnh hưởng đến thời tiết địa phương, nhưng điều này vẫn chưa được nghiên cứu một cách triệt để. Các nhà khoa học hy vọng rằng việc dùng cối xay gió trên bầu trời sẽ góp phần giải quyết những vấn đề hạn chế kể trên. Hình 1.1: Máy phát điện sử dụng năng lượng gió 1.2.2. Biomass - nhiên liệu sinh khối. Năng lượng sinh khối, hay nhiên liệu sinh học, bao gồm các vật chất chứa năng lượng hóa học dự trữ trong chất hữu cơ. Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp, ...) và phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ, ...). Nhiên liệu sinh khối có thể ở dạng rắn, lỏng hay khí... được đốt để phóng thích năng lượng như ethanol hay thành dạng khí sinh học (biogas). 4 Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . Hình 1.2: Nhiên liệu sinh học Nhưng không giống như một số nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng sinh khối không thực sự sạch vì khi đốt chất hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn cacbon đioxide. Ngoài ra, để sử dụng rộng rãi thì người ta phải tìm cách bù đắp bằng việc trồng các loại cây phát triển nhanh và cỏ để dùng làm nguồn cung cấp nhiên liệu. Các nhà khoa học cũng đang thử nghiệm với việc sử dụng vi khuẩn để tác động vào sinh khối và sản xuất hydro để làm nhiên liệu. Đây là một nguồn nhiên liêu sinh học thay thế khá thú vị nhưng gây tranh cãi ở quy trình biến đổi nhiệt (TCP). Không giống như các nhiên liệu tự nhiên thông thường, TCP có thể chuyển đổi hầu như bất kỳ loại chất hữu cơ thành dầu lửa và nước nhưng lượng chất thải gây hiệu ứng nhà kính cũng không giảm được bao nhiêu. 1.2.3. Thủy điện Thủy điện hiện tại chiếm 20% nguồn điện năng của thế giới. Tính đến gần đây, nhiều nhận định cho rằng thủy điện từ năng lượng nước là một nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú mà không đòi hỏi thêm nhiên liệu và không gây ô nhiễm. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu mới đây chỉ ra một số thách thức của các đập thủy điện có thể tạo ra một lượng đáng kể cacbon dioxide và methane qua sự phân rã của các nguyên liệu thực vật ngập nước. 5 Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . Hình 1.3: Thủy điện đang là một phần quan trọng của nguồn năng lượng Bên cạnh đó, một nhược điểm của đập nước nữa là mọi người dân sống xung quanh thường phải di dời để đảm bảo tính an toàn. Điển hình như trường hợp của Dự án đập Tam Hiệp ở Trung Quốc - đập lớn nhất trên thế giới khi hoàn thành trong năm 2009 thì 1,9 triệu người đã phải di chuyển cùng vô số các di tích lịch sử đã bị nhấn chìm và biến mất. Ngoài ra, một vấn đề lớn của thủy điện nữa là việc ngăn sông, đắp đập không phù hợp sẽ làm thay đổi hệ sinh thái trong khu vực và là một trong những nguyên nhân gây ra hạn hán, ngập lụt… 1.2.4. Năng lượng hạt nhân. Albert Einstein đã nói rằng ranh giới giữa vật chất và năng lượng không còn rõ ràng. Năng lượng có thể được tạo ra bởi các nguyên tử - quá trình chia tách hoặc kết hợp được gọi là sự phân hạch và nhiệt hạch tương ứng. Phân hạch hạt nhân phóng xạ có hại và tạo ra lượng lớn chất phóng xạ, có tác động hàng ngàn năm và có thể phá hủy toàn bộ hệ sinh thái nếu bị rò rỉ. Lo ngại lớn hơn nữa là năng lượng hạt nhân đã và đang được sử dụng như một loại vũ khí có sức hủy diệt kinh khủng. Hiện nay, hầu hết các nhà máy điện hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch, đòi hỏi một lượng lớn năng lượng để sản xuất và duy trì ở nhiệt độ cao cần thiết. Ý tưởng tổng hợp nhiệt hạch âm thanh - về mặt kỹ thuật được hiểu là tổng hợp nhiệt hạch bằng quán tính âm thanh - xuất xứ từ một hiện tượng tự nhiên phát quang do âm thanh (sonolumi - nescence). 6 Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . Hình 1.4: Nhà máy nhiệt điện hạt nhân Nguyên lý hoạt động ở đây là sử dụng các loa phóng thanh gắn vào bình chứa đầy chất lỏng rồi truyền sóng áp suất, kích thích sự chuyển động các bọt sóng âm. Các bọt này lớn lên và tan vỡ tuần hoàn, tạo nên các chớp loé sáng thấy được, kéo dài không quá 50 picô giây. Bọt tạo ra nhiệt độ và áp suất có thể đạt đến mức khởi động được phản ứng tổng hợp nhiệt hạch. Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu một phương pháp để tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân được kiểm soát bằng cách đẩy các ion hydro "nặng" trong điện trường mạnh. 1.2.5. Năng lượng mặt trời Theo báo cáo dự đoán của Tổ chức Năng lượng Quốc tế (International Energy Agency), đến năm 2050 mặt trời có thể sẽ trở thành nguồn điện năng lớn nhất, xếp trên cả nhiên liệu hóa thạch, năng lượng gió, thủy năng và năng lượng hạt nhân. Năm 2006 ở Úc, tháp năng lượng mặt trời khổng lồ cao 1km với 32 tua-bin khí có tổng công suất 200 MW đã đi vào sử dụng. Hệ thống năng lượng mặt trời này được bao quanh bởi một nhà kính khổng lồ có tác dụng làm nóng không khí để làm quay tua-bin xung quanh chân tháp. Giới chuyên gia ước tính rằng các nhà máy điện sẽ có thể tạo ra 200 megawat điện và giảm được 700.000 tấn khí gây hiệu ứng nhà kính trong mỗi năm. Và gần đây nhất là nhà máy điện năng lượng mặt trời Topaz có công suất 550 megawatt với 9 triệu tấm pin quang điện, bao phủ hơn 24 ha tại California, Mỹ. Đây được xem là nguồn năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới hiện nay và Topaz cung cấp điện năng cho khoảng 160.000 hộ gia đình. 7 Thiết kế chế tạo mô hình ô tô điện sử dụng khung vỏ composite . Hình 1.5: Nhà máy điện năng lượng mặt trời Hệ thống năng lượng mặt trời không đòi hỏi thêm nhiên liệu khác để hoạt động và tác động ô nhiễm môi trường gần như là không có. Ánh sáng mặt trời có thể được lưu lại thành nhiệt để sử dụng ngay hoặc chuyển đổi thành điện năng. Ngoài ra, công nghệ còn cho phép biến đổi ánh sáng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện... Những hạn chế của hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm chi phí ban đầu cao và đòi hỏi không gian sử dụng khá lớn. Không chỉ vậy, đối với hầu hết các lựa chọn thay thế năng lượng mặt trời thì hiệu suất sử dụng có thể bị ảnh hưởng bởi sự ô nhiễm không khí và thời tiết làm giảm lượng ánh sáng mặt trời. 1.3. Tổng quan về sự phát triển của phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu sạch trên thế giới và Việt Nam. Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Mặt khác không những trong tương lai mà hiện nay nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể. Ngày nay xe chạy bằng dầu diezel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông, cũng như gây ô nhiễm môi trường, hệ sinh thái thay đổi dẫn đến hiệu ứng nhà kính nên nhiệt độ ngày một tăng làm những tảng băng ở Bắc cực, Nam cực cùng những nơi khác tan ra gây ra lũ lụt, sóng thần. Vì thế, ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid)... 8