H×nh 1: ¤ t« SMART 2 chç ngåi
THIẾT KẾ BỐ TRÍ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ
HYBRID 2 CHỖ NGỒI
DESIGN AND INSTALLATION OF POWER TRAIN SYSTEM
ON TWO-PASSENGER CARS
BÙI VĂN GA
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN QUÂN
Trường Trung cấp Thuỷ sản Thừa Thiên - Huế
TÓM TẮT
Hệ thống động lực của ô lai hai chỗ ngồi phù hợp với điều kiện vận hành Việt Nam được tính t
thiết kế. Hthống sử dụng động nhiệt 110cc chạy bằng gas LPG và động điện công suất
4,5kW chạy bằng accu.
ABSTRACT
This article presents the calculation, design, and installation of the power train system on two-passenger
cars. The system is composed of a 110cc LPG internal combustion engine and a 4,5kW electrical
engine powered by batteries.
1. Giíi thiÖu
giíi a dÞch chuyÓn lµ xu tph¸t triÓn tÊt yÕu cña héi li ngêi. C¸c
chuyªn gia kinh tÕ cho r»ng thÞ trêng « t« tiÒm ng trong thÕ kû 21 dÞch chuyÓn c¸c
níc §«ng ©u Ch©u La Tinh sang c¸c níc §«ng Nam ¸, Trung ¸ vµ cuèi cïng lµ Ch©u
Phi [3]. Sù gia t¨ng mËt ®é « t« dÉn ®Õn hai vÊn ®Ò lín cÇn gi¶i quyÕt ®ã lµ sù qu¸ t¶i cña
c¬ së h¹ tÇng vµ « nhiÔm m«i trêng.
Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò thø nhÊt, ngoµi viÖc
lµm tèt c«ng t¸c qui ho¹ch ®« thÞ, n©ng p
tng giao th«ng,... lùa chän kÝch cì « t« phï hîp
còng ®ãng vai t quan träng. KÝch cì vµ kiÓu
d¸ng « t« ®· thay ®æi rÊt ®¸ng trong t
qua. §Ó thuËn tiÖn cho viÖc di chuyÓn trong
thµnh pvµ ®Ëu xe, c¸c nhµ n xuÊt « t« ®· cho
ra ®êi nh÷ng « t« c¸ nh©n cã kÝch thíc nhá n. ¤
t« SMART 2 chç ngåi lµ mét vÝ ®iÓn h×nh
(h×nh 1) [10].
Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò « nhiÔm m«i trêng liªn
quan ®Õn c«ng nghÖ « t« s¹ch, nhiÒu gi¶i
ph¸p ®· ®îc c«ng trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y:
hoµn thiÖn c¸c li ®éng c¬ ®èt trong truyÒn thèng, dông c¸c lo¹i nhiªn liÖu thay tnh
LPG, khÝ thiªn nhiªn, methanol, ethanol, biodiesel..., dông « t« ch¹y ®iÖn, pin nhiªn liÖu
[4]. C«ng nghÖ « t« lai (hybrid) kÕt p lµm viÖc tèi u cña c¸c nguån n ®éng kh¸c
nhau ®· ra triÓn väng s¸ng sña cho mét lo¹i « t« sinh ti lý tëng (h×nh 2). Trªn h×nh
nµy, chóng ta thÊy « t« lai ng ®éng ®¸nh löa cìng bøc kÕt hîp i ®éng c¬ ®iÖn
H×nh 2: Xu híng ph¸t triÓn « t« s¹ch
H×nh 3: S¬ ®å hÖ thèng ®éng lùc cña « t«
lai thiÕt
vËn nh hiÖp t®îc xÕp lo¹i lµ lo¹i « t« u ®iÓm hµng ®Çu mÆt sinh th¸i hiÖn
nay [11].
2. « t« c¸ nh©n ë ViÖt Nam
Theo ®¸nh g cña c¸c nhµ chuyªn m«n, tiÒm ng ph¸t triÓn « t« ë níc ta t n,
®Æc biÖt lµ c¸c lo¹i « t« gi¸ ë møc ®é thÊp vµ trung b×nh, phîp víi tói tiÒn cña ®a
ngêi d©n lao ®éng. Trong ®iÒu kiÖn
tÇng phôc cho giao th«ng ë níc
ta cha ®îc ph¸t triÓn, nhµ ë thµnh p
chËt hÑp, b·i ®Ëu xe cha ®îc x©y ng,
c¸c lo¹i « t« c¸ nh©n cì lín y nhiÒu
phiÒn cho c«ng t¸c tæ chøc giao th«ng
còng nh cho ngêi ng. vËy viÖc
x¸c ®Þnh mét kiÓu d¸ng xe phï hîp víi c¬
tÇng vµ tháa m·n c¸c tiªu chÝ møc
®é ph¸t « nhiÔm ë níc ta lµ rÊt cÇn thiÕt.
¤ t« nh©n ë níc ta tríc hÕt ph¶i
ph¬ng tiÖn ®i l¹i th«ng ng tthay
thÕ xe g¾n m¸y. vËy « t« ph¶i gän nhÑ
tèc ®é qu·ng ®êng ho¹t ®éng t¬ng
®¬ng víi xe g¾n m¸y nhng an toµn vµ
tiÖn nghi h¬n, ®Æc biÖt lµ tr¸nh ma n¾ng
i trªn ®êng. G thµnh cña xe ph¶i thÊp ®Ó ®¹i phËn ngêi d©n nhu cÇu cã t
mua s¾m. Trong bèi c¶nh ®ã th× « t« cì nhá hai chç ngåi lµ phï hîp víi níc ta nhÊt [7].
thèng ®éng lùc cña « t«, nh÷ng ph©n tÝch trªn ®©y chóng ta thÊy xu t
ph¸t triÓn t¬ng lai cña « t« híng « t« sinh th¸i, trong ®ã « t« lai kÕt hîp dÉn ®éng
gi÷a ®éng ®¸nh löa cìng bøc ®éng ®iÖn u tn nhÊt hiÖn nay. §Ó ®ãn
®Çu ph¸t triÓn nµy, chóng ta chän thèng ®éng lùc cña « t« ViÖt Nam theo kiÓu lai
®iÖn-nhiÖt, trong ®ã ®éng ®iÖn ch¹y b»ng accu ®éng nhiÖt ch¹y b»ng kgas
a láng LPG. Kh¸c i nguyªn t¾c « t« lai "vËn nh hiÖp trî" cña Toyota, « t« lai hai c
ngåi nµy n hµnh theo nguyªn t¾c "phô t". N¨ng lîng ®iÖn n¹p vµo accu chñ yÕu y tõ
líi ®iÖn n ng khi « t« kh«ng ho¹t ®éng, cßn ®éng nhiÖt chØ kÐo m¸y ph¸t ®iÖn
cung cÊp thªm n¨ng lîng khi xe ch¹y ®êng dµi hay vît dèc.
dông thèng ®éng c nh trªn ®èi víi « t« c¸ nh©n ë níc ta mang l¹i lîi Ých
nhiÒu mÆt. ThËt y, phÇn lín ®iÖn ng cña chóng ta ®îc s¶n xuÊt b»ng thñy ®iÖn
(n¨ng lîng t¸i sinh) kh«ng kti g©y « nhiÔm. KhÝ dÇu ho¸ láng LPG lµ s¶n
phÈm cña qu¸ tr×nh läc dÇu hay tinh luyÖn khÝ thiªn nhiªn nguån cung cÊp dåi dµo ë níc
ta. HiÖn nay chóng ta nhµ m¸y s¶n xuÊt ga Dinh trong t¬ng lai c¸c nhµ m¸y läc ë
Dung QuÊt, Vòng R«, c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt
gas ë c¸c ®Çu mèi tiÕp nhËn khÝ thiªn nhiªn
®îc x©y ng ®i vµo ho¹t ®éng tkh¶
n¨ng ®éc lËp nhiªn liÖu LPG cña chóng ta
rÊt n.
3. ThiÕt thèng ®éng lùc «
lai hai chç ngåi ®iÖn-nhiÖt theo kiÓu
"phô trî"
Trªn c¬ së ph©n tÝch ®iÒu kiÖn m
viÖc cña « t« lai theo kiÓu pttrªn ®©y,
chóng t«i tÝnh to¸n thiÕt thèng ®éng
lùc cña « t« lai ®iÖn-nhiÖt hai c ngåi khèi lîng tßan xe 500kg, n tèc cùc ®¹i
70km/h vµ qu·ng ®êng t¨ng tèc 0-70km/h lµ 286/m.
H×nh 3 giíi thiÖu s¬ ®å thèng ®éng lùc cña « t« lai pt. cÊu truyÒn ®éng
c¬ khÝ cña « t« ®îc chia ra lµm hai nhãm chÝnh:
- tng truyÒn lùc « t«, bao m: ®éng ®iÖn, hép gi¶m tèc (truyÒn lùc
chÝnh), bé vi sai, c¸c b¸n tc vµ b¸nh xe chñ ®éng.
- cÊu côm y pt ®iÖn, bao m: ®éng LPG, m¸y ph¸t ®iÖn
truyÒn ®éng liªn kÕt víi cÇu chñ ®éng.
H×nh 4 giíi thiÖu ®å thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn cña « t«. Nguyªn ho¹t ®éng
a hÖ thèng nh sau:
a) ë c®é b×nh thêng, ®éng ®iÖn kÐo nh xe chñ ®éng quay th«ng qua
b¸nh r¨ng gi¶m tèc vµ bé vi sai. M¸y pt ®iÖn vµ cÇu chñ ®éng ®îc liªn hÖ víi nhau qua ly
hîp ®iÖn tõ truyÒn ®éng ®ai. ë c®é xe ch¹y b×nh thêng, ly hîp ®iÖn tõ ë tr¹ng
th¸i ng¾t, cÇu chñ ®éng kh«ng kÐo y pt ®iÖn quay theo. C«ng suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn
®îc dïng ®Ó kÐo xe « t« chuyÓn ®éng mµ kh«ng chÞu ¶nh hëng cña côm m¸y pt ®iÖn.
b) ë c®é gi¶m tèc khi n ng xe hoÆc khi xe xuèng dèc, ngêi i nh¶ bµn ®¹p
ga, ®éng ®iÖn ®îc t ®iÖn, ®ång thêi mét c«ng t¾c cuèi hµnh tr×nh bµn ®¹p ga
®iÒu khiÓn ly hîp ®iÖn tõ ®ãng l¹i, khi ®ã u chñ ®éng kÐo m¸y pt ®iÖn quay theo
th«ng qua truyÒn ®éng ®ai. §éng ng cña xe ®îc chuyÓn thµnh ®iÖn n¨ng n¹p i cho
¾c quy. mèi liªn gi÷a ®éng LPG y ph¸t ®iÖn ly hîp ly t©m chØ
truyÒn c«ng suÊt theo mét chiÒu nªn khi m¸y ph¸t ®iÖn quay kh«ng kÐo ®éng LPG
quay theo. NÕu ngêi l¸i tiÕp c ®¹p bµn ®¹p ga, ly hîp ®iÖn chuyÓn sang tr¹ng th¸i
ng¾t, ®éng c¬ ®iÖn ®îc cÊp ®iÖn, xe tiÕp tôc lµm viÖc ë chÕ ®é ch¹y b×nh thêng.
H×nh 4: S¬ ®å hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn cña « t« lai thiÕt kÕ
c) Khi cÇn ch¹y ®êng i, ngêi l¸i chuyÓn ®iÒu khiÓn xe sang ho¹t ®éng ë chÕ ®é
"phô t". Khi ®éng c¬ LPG ho¹t ®éng kÐo m¸y ph¸t ®iÖn hç trî cïng b×nh ¾c quy cung cÊp
®iÖn n¨ng cho ®éng ®iÖn. c«ng suÊt cña m ®éng LPG - m¸y ph¸t ®iÖn ®îc
chän c©n b»ng víi ®éng ®iÖn nªn tch¹y xe trong thêi gian i kh«ng m hÕt
b×nh ¾c quy. §éng LPG ®îc ®iÒu tèc ®iÒu khiÓn ch¹y ë mét tèc ®é ®Þnh t¬ng
øng víi c«ng suÊt ph¸t ra cùc ®¹i nªn h¹n chÕ ph¸t th¶i c¸c chÊt g©y « nhiÔm m«i trêng. Khi
côm ®éng LPG - m¸y pt ®iÖn ho¹t ®éng, ly hîp ®iÖn tõ ®îc ®iÒu khiÓn ë tr¹ng th¸i
§éng
LPG
Bé Ly
hîp ®iÖn
§éng
c¬ ®iÖn
M¸y ph¸t
®iÖn B×nh
gasLPG
GhÕ
ngåi
CÇu
chñ
®éng
B×nh
accu
1,2m
1,6 m
H×nh 5: ThiÕt kÕ bè trÝ c¸c bé phËn cña hÖ thèng
®éng lùc lªn chassi « t« lai
H×nh 6: M« pháng hÖ thèng ®éng lùc cña « t« lai hai
chç ngåi trong kh«ng gian ba chiÒu
ng¾t n quay cña m¸y pt ®iÖn kh«ng lµm nh hëng ®Õn quay cña cÇu chñ ®éng.
Trong trêng hîp n gi¶m tèc ®é xe, ngêi l¸i nh¶ bµn ®¹p ga, tÝn hiÖu c«ng t¾c cuèi
hµnh tr×nh cña bµn ®¹p ga ®iÒu khiÓn ®iÒu tèc lµm cho ®éng LPG ch¹y ë tèc ®é
cÇm chõng, ly p ly t©m chuyÓn sang tr¹ng th¸i ng¾t ®Ó gi¸n ®o¹n ®êng truyÒn c«ng
suÊt gi÷a ®éng c¬ LPG víi m¸y ph¸t ®iÖn, ®ång thêi ly hîp ®iÖn tõ ®îc ®iÒu khiÓn ®ãng
l¹i m¸y ph¸t ®iÖn chuyÓn sang lµm viÖc ë c®é phanh t¸i sinh n¨ng lîng. NÕu ngêi
l¸i tiÕp c ®¹p bµn ®¹p ga, hÖ thèng sÏ chuyÓn sang ho¹t ®éng ë chÕ ®é nh tríc.
d) Khi xe ch¹y vµo ®êng ®é dèc lín, ®éng c¬ ®iÖn kh«ng tcung p ®ñ
men ®Ó vît dèc, ngêi l¸i nhÊn nót "vît dèc" trªn b¶ng ®iÒu khiÓn, ®éng c¬ LPG ®îc khëi
®éng ly hîp ®iÖn tõ ®îc ®iÒu khiÓn chuyÓn sang tr¹ng th¸i ®ãng ®Ó ®éng c¬ LPG
t víi ®éng ®iÖn kÐo xe vît dèc. NÕu ngêi l¸i nhÊn nót "vît dèc" l¹i t lÇn n÷a, chÕ
®é vît dèc sÏ t¾t, xe chuyÓn sang ho¹t ®éng ë chÕ ®é nh tríc.
e) Khi n ph¶i lïi xe, ngêi l¸i kÐo cÇn ®iÒu khiÓn chiÒu chuyÓn ®éng cña xe sang
t "lïi", ®éng ®iÖn ®îc cÊp mét
®iÖn ¸p ngîc (®æi chiÒu cùc tÝnh) lµm
®éng ®iÖn ®æi chiÒu quay kÐo xe ch¹y
lïi. Trong trêng p y, ®éng LPG
®éng ®iÖn chiÒu quay ngîc nhau,
®Ó b¶o ®¶m an toµn cho thèng, ly p
®iÖn tõ ph¶i lu«n lu«n ë tr¹ng th¸i ng¾t, tøc lµ
kh«ng tthùc hiÖn phanh t¸i sinh n¨ng lîng
hoÆc t vît dèc. Muèn ng xe ngêi l¸i
ph¶i ng thèng phanh thuû lùc hoÆc
phanh tay ®îc trang bÞ trªn xe.
§Ó ®Ò phßng trêng p khi xe ng,
ngêi l¸i nh¶ bµn ®¹p ga kh«ng t¾t
tng ®iÖn toµn xe, thèng phanh t¸i
sinh n¨ng lîng ®ang ho¹t ®éng, dßng ®iÖn
kÝch tõ t lµm nãng cuén y kÝch
a m¸y ph¸t ®iÖn lµm tæn hao n¨ng lîng,
mét le ®iÖn tõ ®iÒu khiÓn c¾t dßng
®iÖn kÝch khi tÝn hiÖu c¶m biÕn tèc
®é xe nhá h¬n møc cho phÐp.
TÊt mäi chÕ ®é ho¹t ®éng cña xe ®îc mét ®iÒu khiÓn trung t©m (gäi t¾t
ECC - Electronic Control Center) ®iÒu khiÓn th«ng qua c¸c tÝn hiÖu vµo c¶m biÕn
tbµn ®¹p ga, tc¸c cÇn hoÆc nót ®iÒu khiÓn, c¶m biÕn tèc ®é xe c¸c tÝn
hiÖu ra ®Õn ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p p cho ®éng ®iÖn, cuén y ®iÖn cña ly
hîp ®iÖn tõ, r¬ le ®ãng ng¾t m¹ch ®iÖn kÝch cña m¸y pt ®iÖn bé ®iÒu tèc cña
®éng c¬ LPG.
Trªn ph©n tÝch ®iÒu
kiÖn lµm viÖc trªn ®©y cña « t« lai,
chóng t«i ®· tÝnh to¸n thiÕt
tng ®éng lùc cña « t«. nh 5 giíi
thiÖu s¬ ®å thÖ thèng ®éng lùc
trªn xe. pháng bè trÝ thèng
®éng lùc trong kh«ng gian ba chiÒu
®îc tr×nh bµy trªn nh 6. Tû
ph©n t¶i träng gi÷a hai cÇu xe 50%-50%; cÇu xe ng kiÓu treo ®éc lËp cÇu
chñ ®éng lµ cÇu tríc. Xe cã chiÒu dµi 1,6m vµ chiÒu réng 1,2m.
Nh chóng ta ®· biÕt, vÊn ®Ò nan gi¶i nhÊt cña « t« ch¹y ®iÖn lµ lu tr÷ ®iÖn n¨ng
b»ng accu. Muèn t¨ng qu·ng ®êng ho¹t ®éng ®éc lËp cña « t«, chóng ta ph¶i t¨ng khèi lîng
accu do ®ã tù träng cña « t« sÏ t¨ng. H¬n n÷a, khi dông hÕt b×nh ¾c quy, thêi gian n¹p l¹i
lµ ki, thêng kÐo i tõ 8 ®Õn 10 giê ®ång hå. ¤ t« lai ptrî kh¾c phôc ®îc tng¹i
nµy b»ng ch cho ®éng LPG cung p ®iÖn n¹p cho accu song song víi q tr×nh
dông khi cÇn thiÕt. ¦u ®iÓm cña ®éng c¬ nhiÖt kÐo m¸y ph¸t ®iÖn nã lu«n lµm viÖc i
chÕ ®é æn ®Þnh tèi u lµm t¨ng tÝnh kinh tÕ gi¶m « nhiÔm m«i trêng [5]. Trong thiÕt
kÕ nµy cã thÓ dïng 8 b×nh accu §ång Nai N12V-50AH.
Theo tÝnh to¸n, ®Ó ®¹t ®îc c¸c tÝnh n¨ng yªu cÇu, ®éng ®iÖn ng ph¶i
c«ng suÊt tèi thiÓu 4,5kW. Chän ®éng ®iÖn mét chiÒu kiÓu ZYT145/06-90 cña Trung
Quèc hiÖu ®iÖn t90V, tèc ®é quay ®Þnh møc 3.000 v/ph men xo¾n cùc ®¹i
60 Nm. §Ó hÖ thèng tho¹t ®éng b×nh thêng, chän m ®éng nhiÖt - m¸y ph¸t
®iÖn cã c«ng suÊt t¬ng ®¬ng. Víi quan ®iÓm u tiªn ng nh÷ng thiÕt bÞ s½n trªn
ttrêng, chän ®éng xe g¾n m¸y dung tÝch xi lanh 110cc m¸y ph¸t ®iÖn xoay
chiÒu 263-A ng trªn xe « t« i БелАЗ-540 víi ®iÖn ¸p 28V c«ng suÊt 4,5kW. §éng
xe n m¸y 110cc nguyªn thñy ch¹y b»ng ng c«ng suÊt cùc ®¹i 5,5kW ®îc c¶i t¹o
sang ch¹y b»ng khÝ dÇu hãa láng LPG [6]. C¸c thiÕt lùa chän nµy khèi lîng nhá
h¬n c¸c lo¹i kh¸c cã c«ng suÊt t¬ng ®¬ng.
4. KÕt luËn
¤ t« lai hai cngåi dông ®éng ®iÖn ch¹y b»ng accu ®éng ®èt trong
ch¹y b»ng kgas hãa láng LPG « t« c¸ nh©n phîp i ®iÒu kiÖn ViÖt Nam
®iÒu kiÖn sö ng lÉn kh¶ n¨ng cung cÊp n¨ng lîng vµ o vÖ m«i trêng.
thèng ®éng lùc cña xe ®· ®îc tÝnh tãan, thiÕt víi viÖc dông c¸c trang
thiÕt bÞ cã s½n cho thÊy kh¶ n¨ng chÕ t¹o « t« nãi trªn lµ hiÖn thùc.
Mét m« h×nh « t« lai ®iÖn-nhiÖt 2 chç ngåi cÇn ®îc chÕ t¹o ®Ó ®¸nh gtÝnh
n¨ng cña « t« tríc khi ®a vµo s¶n xuÊt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bob Brant, Build your own electric vehicle, Mc Graw Hill Book, 1994.
[2] Đỗ Văn Dũng, Hthống điện điện tử trên ô hiện đại, Đại học phạm Kỹ thuật
Thành ph Hồ Chí Minh, 2003.
[3] Bùi n Ga, Trần Văn Nam, Planning Urban Transport System for Danang City,
ICAT 2002, PROCEEDINGS International conference on automotive technology,
paper 032, Science and Technics publishing house.
[4] Bùi Văn Ga, Hồ Tấn Quyền, Nhan Hồng Quang, Phương tiện giao thông sạch phù
hợp với điều kiện Việt Nam, Hi nghị Nghiên cu Khoa học, chuyển giao công nghệ
môi trường phục vđào tạo và bảo vệ môi trường công nghiệp, Thành phHồ Chí
Minh, ngày 22-23/8/2003.
[5] Bui Van Ga, Combustion of LPG-air lean mixture and its application on motorcycle
engines, The ASEM workshop on EU/ASIA Science and Technology co-operation on
clean technology, Hanoi, 3-4 November, 2004.
[6] Bùi Văn Ga, Bùi Thị Minh Tú, Hthống nhiên liệu của xe gắn máy chạy bằng ga
LPG, Tạp chí Giao thông vận ti, số 10/2004, pp. 23-24 và 27.