Nghiên cứu cải tạo xe máy sử dụng động cơ đốt trong thành xe máy điện

Đồ án nghiên cứu cải tạo xe máy động cơ đốt trong thành xe máy điện tại ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Đinh Hiển
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phúc
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu cải tạo xe máy sử dụng động cơ đốt trong thành xe máy điện
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về cải tạo xe máy động cơ đốt trong thành xe máy điện

Đề tài nghiên cứu cải tạo xe máy sử dụng động cơ đốt trong thành xe máy điện được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (SPKT). Đây là công trình tốt nghiệp của sinh viên Đinh Hiển và Nguyễn Trọng Hoan, thuộc Khoa Cơ khí Động lực, ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Thanh Phúc. Đề tài hoàn thành vào tháng 6 năm 2025. Xu hướng chuyển đổi sang phương tiện điện đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn thế giới. Việt Nam không nằm ngoài xu hướng đó. Lượng xe máy xăng lưu hành tại Việt Nam hiện rất lớn. Việc cải tạo thay vì mua mới giúp tiết kiệm chi phí đáng kể. Đồng thời, phương pháp này góp phần giảm rác thải công nghiệp. Nghiên cứu tập trung vào việc thay thế động cơ đốt trong bằng động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ. Hệ thống điều khiển được thiết kế và lập trình từ đầu. Các bộ phận cơ khí được cải tạo phù hợp để lắp đặt thiết bị điện. Kết quả cuối cùng là xe máy điện vận hành được trên đường có tải thực tế. Đây là hướng nghiên cứu có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng xanh tại Việt Nam.

1.1. Bối cảnh ra đời đề tài tại ĐH SPKT TP.HCM

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM là cơ sở đào tạo kỹ thuật hàng đầu tại miền Nam Việt Nam. Khoa Cơ khí Động lực thường xuyên khuyến khích sinh viên thực hiện các đề tài gắn liền với thực tiễn. Đề tài cải tạo xe máy điện ra đời trong bối cảnh ô nhiễm không khí tại các đô thị lớn ngày càng nghiêm trọng. Chính phủ Việt Nam cũng đã ban hành nhiều chính sách khuyến khích phát triển phương tiện xanh. Sinh viên khóa K21 đã lựa chọn đề tài này nhằm giải quyết vấn đề thực tế, đồng thời thể hiện năng lực ứng dụng kiến thức điện - điện tử ô tô vào thực tiễn kỹ thuật.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu lý thuyết điều khiển động cơ điện, thiết kế mạch điều khiển và lập trình phương pháp điều khiển động cơ ba pha không đồng bộ. Phạm vi thực hiện bao gồm cải tạo các thành phần cơ khí của xe máy xăng hiện có để tích hợp hệ thống điện. Sản phẩm đầu ra là một xe máy điện hoàn chỉnh sử dụng động cơ xoay chiều ba pha, vận hành được trên đường với tải trọng thực tế. Đề tài được giao ngày 07/02/2025 và hoàn thành ngày 06/06/2025.

II. Phân tích thực trạng và vấn đề kỹ thuật khi cải tạo xe máy điện

Cải tạo xe máy động cơ đốt trong thành xe máy điện đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Thách thức đầu tiên là lựa chọn loại động cơ điện phù hợp với khung xe hiện có. Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ được lựa chọn vì hiệu suất cao, độ bền tốt và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, loại động cơ này yêu cầu bộ nghịch lưu phức tạp để chuyển đổi từ điện một chiều sang xoay chiều ba pha. Thách thức thứ hai là thiết kế mạch nghịch lưu áp ba pha. Mạch này gồm sáu van công suất (IGBT hoặc MOSFET) được đóng ngắt theo trình tự sáu bước cụ thể. Phải tuyệt đối tránh hiện tượng ngắn mạch nguồn DC do hai khóa cùng pha dẫn đồng thời. Thách thức thứ ba liên quan đến cải tạo cơ khí. Khung xe, hệ thống truyền động và vị trí lắp đặt pin đều phải được tính toán lại. Trọng lượng và phân bổ tải trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng vận hành. Cuối cùng, hệ thống lưu trữ năng lượng cần đảm bảo dung lượng đủ lớn cho quãng đường sử dụng thực tế trong điều kiện đô thị Việt Nam.

2.1. Nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu ba pha

Mạch nghịch lưu áp ba pha gồm nguồn DC, sáu van công suất và mạch điều khiển. Ba pha A, B, C được tạo ra bởi các cặp van Q1-Q4, Q3-Q6 và Q5-Q2. Mỗi cặp dẫn điện lệch nhau 180 độ. Ba pha lệch nhau 120 độ tạo ra từ trường quay trong động cơ. Phương pháp điều khiển PWM hoặc SVPWM được áp dụng để điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn. Bảng sáu bước đóng ngắt van là nền tảng điều khiển cơ bản, đảm bảo điện áp ba pha đối xứng và ổn định cho toàn hệ thống.

2.2. Những thách thức trong cải tạo cơ khí và tích hợp hệ thống

Việc tháo rời động cơ đốt trong và lắp đặt động cơ điện đòi hỏi gia công lại giá đỡ, bích kết nối và hệ thống truyền động. Khoảng không gian dành cho bộ pin thường bị hạn chế bởi kết cấu khung xe gốc. Hệ thống làm mát động cơ điện cũng khác biệt hoàn toàn so với động cơ xăng. Ngoài ra, hệ thống điện nguyên bản của xe phải được tích hợp lại với mạch điều khiển mới. Đây là bài toán kỹ thuật đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa kiến thức điện tử, cơ khí và lập trình nhúng trong một không gian thiết kế bị ràng buộc nghiêm ngặt.

III. Giải pháp kỹ thuật và phương pháp điều khiển xe máy điện ba pha

Nhóm nghiên cứu lựa chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ làm trọng tâm của giải pháp chuyển đổi. Đây là loại động cơ phổ biến, có độ tin cậy cao và ít cần bảo trì. Bộ nghịch lưu được thiết kế với sáu khóa bán dẫn, điều khiển theo phương pháp PWM. Phương pháp này cho phép thay đổi tần số và biên độ điện áp đầu ra linh hoạt, từ đó điều chỉnh tốc độ động cơ một cách mượt mà. Nguồn năng lượng một chiều đầu vào có thể là pin, ắc quy hoặc nguồn chỉnh lưu từ lưới điện. Về phương pháp điều khiển, nhóm nghiên cứu lập trình trình tự đóng ngắt sáu van công suất theo bảng sáu bước. Điều này tạo ra từ trường quay đồng đều trong cuộn dây stator của động cơ. Từ trường quay này kéo rotor quay theo, sinh ra mô-men xoắn để dẫn động bánh xe. Về mặt cơ khí, các bộ phận được gia công và cải tạo để đảm bảo lắp đặt chính xác. Hệ thống truyền động từ động cơ điện đến bánh sau được thiết kế lại đảm bảo hiệu suất truyền động tối ưu. Toàn bộ hệ thống sau khi hoàn thiện được thử nghiệm vận hành thực tế trên đường có tải.

3.1. Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện ba pha không đồng bộ

Mạch điều khiển được thiết kế dựa trên nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM. Vi điều khiển tạo ra tín hiệu kích mở từng van công suất theo đúng trình tự. Thời gian chết (dead time) được cài đặt giữa hai van cùng pha nhằm ngăn ngừa ngắn mạch. Tần số đóng ngắt được tối ưu để cân bằng giữa tổn thất nhiệt và chất lượng dạng sóng. Mạch bảo vệ quá dòng và quá nhiệt cũng được tích hợp để đảm bảo an toàn vận hành. Toàn bộ thuật toán điều khiển được lập trình và nạp vào vi điều khiển nhúng gắn trên xe.

3.2. Phương pháp cải tạo cơ khí và lắp đặt thiết bị lên xe

Quy trình cải tạo bắt đầu bằng việc tháo toàn bộ động cơ đốt trong, hộp số và hệ thống xả. Khung xe được gia cố và chế tạo thêm giá đỡ động cơ điện theo kích thước thực tế. Bộ pin được bố trí cân bằng trọng tâm để không ảnh hưởng đến tính ổn định khi lái. Hệ thống phanh và treo giữ nguyên hoặc điều chỉnh nhẹ. Bộ điều khiển và mạch nghịch lưu được bố trí ở vị trí thoáng gió, dễ tiếp cận bảo trì. Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh, xe được kiểm tra an toàn điện trước khi vận hành thử nghiệm.

IV. Kết quả đạt được và ứng dụng thực tiễn của xe máy điện cải tạo

Sau quá trình nghiên cứu và thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2025, nhóm sinh viên ĐH SPKT TP.HCM đã hoàn thành thành công xe máy điện sử dụng động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ. Xe vận hành được trên đường với tải trọng thực tế, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra ban đầu. Đây là minh chứng rõ ràng cho tính khả thi của giải pháp cải tạo xe máy xăng thành xe điện tại Việt Nam. Về mặt học thuật, đề tài cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị về thiết kế mạch nghịch lưu ba pha và lập trình điều khiển động cơ điện. Kết quả này mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa hiệu suất, tích hợp hệ thống quản lý pin thông minh và phát triển giao diện người dùng. Về mặt ứng dụng, mô hình này có thể nhân rộng tại các cơ sở sửa chữa xe máy trong nước. Chi phí cải tạo thấp hơn đáng kể so với mua xe điện mới. Đồng thời, việc tận dụng khung xe cũ giúp giảm rác thải điện tử. Xu hướng quốc tế như Honda Mobile Power Pack hay liên minh pin hoán đổi của Honda-Yamaha-Suzuki-Kawasaki cho thấy cải tạo và điện hóa xe hai bánh là con đường bền vững lâu dài.

4.1. Đánh giá kết quả vận hành và tính năng kỹ thuật đạt được

Xe máy điện cải tạo vận hành ổn định trên đường thực tế với tải. Động cơ ba pha không đồng bộ cung cấp mô-men xoắn đủ lớn cho điều kiện đô thị. Hệ thống điều khiển PWM hoạt động đúng theo thiết kế, đảm bảo khả năng tăng giảm tốc mượt mà. Không xảy ra sự cố ngắn mạch hay quá nhiệt trong quá trình thử nghiệm. Kết quả này khẳng định phương án kỹ thuật được lựa chọn là phù hợp và có thể phát triển thêm trong các nghiên cứu chuyên sâu hơn về tối ưu hệ thống điều khiển và dung lượng pin.

4.2. Tiềm năng phát triển và đóng góp cho ngành xe điện Việt Nam

Đề tài mở ra tiềm năng phát triển dịch vụ cải tạo xe máy điện quy mô nhỏ tại Việt Nam. Với lượng xe máy xăng hàng chục triệu chiếc đang lưu hành, cơ hội thị trường rất lớn. Nghiên cứu đóng góp vào mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính quốc gia. Kinh nghiệm từ đề tài có thể chuyển giao cho các cơ sở đào tạo nghề và doanh nghiệp vừa và nhỏ. Đây cũng là nền tảng để tiếp tục nghiên cứu tích hợp công nghệ pin thế hệ mới và hệ thống quản lý năng lượng thông minh vào xe hai bánh điện tại Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh áp lực về ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng gia tăng, việc chuyển đổi phương tiện giao thông vận tải từ động cơ đốt trong sang phương tiện sử dụng năng lượng sạch là một xu hướng tất yếu trên phạm vi toàn cầu cũng như tại Việt Nam. Xe máy điện mang lại nhiều ưu điểm thực tiễn như giảm phát thải khí nhà kính, hạn chế ô nhiễm tiếng ồn đô thị và tối ưu hóa chi phí vận hành, bảo dưỡng. Tuy nhiên, việc phát triển và ứng dụng xe máy điện hai bánh vẫn gặp các thách thức kỹ thuật lớn liên quan đến hiệu suất chuyển đổi năng lượng, khả năng tối ưu hóa mô-men xoắn ở dải tốc độ thấp, kiểm soát nhiệt độ của các linh kiện bán dẫn công suất và giá thành chế tạo bộ biến đổi.

Để giải quyết các vấn đề trên trên nền tảng phương tiện sẵn có, đề tài “Nghiên cứu cải tạo xe máy sử dụng động cơ đốt trong thành xe máy điện” được thực hiện nhằm mục tiêu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển biến tần chi phí thấp cho động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha, đồng thời cải tạo kết cấu cơ khí và hệ thống điện thân xe trên khung xe máy nguyên bản.

Theo nhiệm vụ được giao, tác giả xác định 5 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Nghiên cứu lý thuyết về điều khiển động cơ điện xoay chiều.
2. Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện ba pha không đồng bộ.
3. Lập trình phương pháp điều khiển động cơ điện ba pha không đồng bộ.
4. Cải tạo các thành phần cơ khí để lắp đặt các thiết bị dẫn động lên xe.
5. Thử nghiệm và điều khiển xe chạy có tải trên đường thực tế.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án bao gồm: động cơ không đồng bộ ba pha (dạng rotor lồng sóc công suất 0,3 kW và 1,5 kW); mạch điều khiển công suất IGBT; hệ thống làm mát bằng nước cho khối công suất; bộ giảm tốc cơ khí cho xe máy điện; hệ thống điện thân xe; và các công cụ phần mềm chuyên ngành (STM32CubeMX, Keil uVision, Altium Designer).

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong:

• Không gian thực hiện: Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
• Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 07/02/2025 đến ngày 06/06/2025.
• Phạm vi đối tượng thử nghiệm: Áp dụng cải tạo thực tế trên dòng xe gắn máy Honda Dream sử dụng động cơ đốt trong sang hệ thống truyền động điện ba pha.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết máy điện và điện tử công suất:

• Động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc: Tốc độ từ trường quay của stator được xác định theo tần số nguồn cấp $f$ và số cặp cực $p$ qua biểu thức: $$n_s = \frac{120f}{p}$$ Sự chênh lệch giữa tốc độ đồng bộ $n_s$ và tốc độ thực tế của rotor $n_r$ tạo ra hệ số trượt $s$: $$s = \frac{n_s - n_r}{n_s}$$ Hệ số trượt bình thường dao động trong khoảng từ 0,5% đến 6%. Khi khởi động ($n_r = 0$), $s = 1$, dòng cảm ứng đạt cực đại. Khi vận hành không tải, $n_r \approx n_s$, $s \approx 0$.
• Nguyên lý điều khiển tần số duy trì tỷ số $V/f$: Để duy trì từ thông khe hở không khí không đổi và tránh hiện tượng bão hòa từ hoặc suy giảm mô-men, tỷ số giữa điện áp và tần số được duy trì không đổi ($V/f = \text{hằng số}$). Đồ án phân chia đặc tính làm việc thành ba vùng:
  • Vùng tăng áp (Boost voltage): Khi tần số thấp ($f < f_b$), sụt áp trên điện trở dây quấn stator chiếm tỷ lệ lớn làm giảm từ thông, hệ thống can thiệp bù áp cao hơn đường tuyến tính để đảm bảo mô-men khởi động.
  • Vùng tuyến tính: Tỷ số $V/f$ cố định từ tần số khởi động đến tần số danh định $f_{\text{rated}}$.
  • Vùng từ thông yếu (Field weakening): Khi tần số vượt quá tần số danh định, điện áp bị giới hạn bởi nguồn cấp, từ thông giảm dần nhằm mở rộng dải tốc độ động cơ.
• Mạch nghịch lưu nguồn áp ba pha (Three-phase Voltage Source Inverter): Sử dụng cấu trúc cầu ba pha gồm 6 van bán dẫn điều khiển đóng cắt theo 6 bước nhằm chuyển đổi điện áp một chiều DC từ bộ pin thành hệ thống điện áp xoay chiều ba pha đối xứng lệch nhau 120° điện. Phương pháp điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM) dựa trên bảng tra cứu sin (lookup table) được nạp vào vi điều khiển để tái tạo sóng áp đầu ra.

Bước chuyển mạch	Q1	Q4	Q3	Q6	Q5	Q2
1	1	0	0	1	0	1
2	1	0	1	0	0	1
3	0	1	1	0	0	1
4	0	1	1	0	1	0
5	0	1	0	1	1	0
6	1	0	0	1	1	0

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp tính toán và phân tích kỹ thuật: Xác định yêu cầu mô-men xoắn, lực cản chuyển động của xe khi bắt đầu lăn bánh và khi khởi hành ngang dốc để tính toán tỷ số truyền tối ưu cho cụm truyền lực.
• Phương pháp thiết kế phần cứng: Sử dụng phần mềm Altium Designer để thiết kế sơ đồ nguyên lý (Schematic) và layout bo mạch in (PCB 2 lớp) cho khối điều khiển trung tâm và khối nghịch lưu công suất.
• Phương pháp lập trình hệ thống nhúng: Cấu hình ngoại vi bằng phần mềm STM32CubeMX, thiết lập timer ở chế độ Center-aligned PWM, chế độ Input Capture để bắt xung cảm biến tốc độ, và lập trình thuật toán điều chế SPWM trên môi trường Keil uVision.
• Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Đo đạc các thông số điện áp, xung điều khiển, cường độ dòng điện và nhiệt độ vận hành trên băng thử tải với động cơ 0,3 kW, sau đó triển khai lắp đặt hoàn chỉnh trên xe máy Honda Dream với động cơ 1,5 kW để chạy thử nghiệm thực tế.

Nguồn dữ liệu và thiết bị thu thập

• Dao động ký số (Digital Oscilloscope) Tektronix: Kiểm tra dạng sóng xung PWM ngõ ra từ vi điều khiển, xung sau cách ly quang, xung lái High-side/Low-side từ IC driver và điện áp pha ngõ ra.
• Thiết bị đo nhiệt tầm xa Hikvision DS-2TP31B-3AUF: Ghi nhận sự phân bố nhiệt độ và đường cong phát nhiệt của van công suất IGBT.
• Ampe kìm chuyên dụng FNIRSI DMC-100: Đo lường dòng điện tiêu thụ và dòng khởi động của hệ thống truyền động.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống kỹ thuật chuyển đổi xe máy điện được thiết kế và chế tạo bao gồm 4 phân hệ chính: mạch điều khiển - công suất, hệ thống giải nhiệt, cụm truyền động cơ khí và hệ thống điện thân xe.

1. Kiến trúc mạch điều khiển và mạch công suất

• Khối xử lý trung tâm: Sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 (dòng lõi ARM Cortex-M3, bo mạch STM32 Blue Pill). Vi điều khiển tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến tay ga (qua bộ chuyển đổi ADC), cảm biến tốc độ Hall, công tắc phanh và nút chọn chế độ lùi; từ đó tính toán tần số và biên độ để xuất 6 kênh tín hiệu điều chế độ rộng xung SPWM đối xứng.
• Khối cách ly quang: Sử dụng các IC cách ly tốc độ cao HCPL 2631 (Optocoupler A2631) nhằm cách ly hoàn toàn phần tín hiệu điều khiển điện áp thấp (3,3V / 5V) với phần mạch công suất điện áp cao, chống nhiễu ngược về vi xử lý.
• Khối lái van (Gate Driver): Sử dụng các IC chuyên dụng IR2103 điều khiển cặp khóa bán dẫn High-side và Low-side trên từng pha. Tín hiệu điều khiển được thiết lập thời gian chết (dead-time) nhằm loại bỏ hoàn toàn rủi ro trùng dẫn gây ngắn mạch nhánh cầu DC.
• Cầu công suất nghịch lưu: Cấu hình từ 6 khóa bán dẫn IGBT mã hiệu H20R2103 chịu dòng và áp cao, được cấp nguồn trực tiếp từ khối pin động lực.
• Nguồn nuôi phụ trợ: Sử dụng các IC ổn áp tuyến tính LM7805 (hạ áp xuống 5V) và LM1117 (hạ áp xuống 3,3V) cung cấp cho vi điều khiển, cảm biến và các vi mạch logic.

2. Thiết kế hệ thống làm mát bằng chất lỏng cho IGBT

Khác với phương pháp tản nhiệt nhôm thụ động truyền thống vốn nhanh chóng bị quá nhiệt khi dòng tải lớn, nhóm tác giả thiết kế vòng tuần hoàn làm mát cưỡng bức bằng nước chuyên biệt cho module IGBT:

• Bộ trao đổi nhiệt: Tận dụng két tản nhiệt nước nguyên bản của xe máy tay ga Honda Lead 110cc kết hợp với quạt làm mát cưỡng bức 12V.
• Khối hấp thụ nhiệt (Water block): Két giải nhiệt nhôm kênh dẫn chất lỏng được ép sát trực tiếp vào bề mặt lưng của dàn IGBT công suất qua lớp mỡ tản nhiệt.
• Bơm tuần hoàn và đường ống: Bơm điện mini 12V đẩy dung dịch làm mát lưu thông qua ống nhựa trong suốt tạo chu trình làm mát khép kín. Toàn bộ cụm mạch công suất và két làm mát được đặt gọn trong hộp bảo vệ trên xe.

3. Thiết kế và chế tạo hộp giảm tốc cơ khí

Động cơ điện ba pha 1,5 kW có tốc độ vòng tua định mức tương đối cao, đòi hỏi mô-men xoắn lớn hơn tại bánh sau để đáp ứng khả năng leo dốc và chở tải nặng:

• Phân tích động lực học: Tính toán các thành phần lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản quán tính và lực cản lên dốc để xác định tỷ số truyền cần thiết.
• Tận dụng cụm bánh răng nguyên bản: Tận dụng các cặp bánh răng và trục then hoa từ hộp số cơ khí nguyên bản của xe máy Honda Dream.
• Gia công chế tạo trục: Gia công trục trung gian mới bằng vật liệu thép không gỉ inox 201 đường kính Ø18 mm, lắp đặt đồng bộ cùng các vòng bi (bạc đạn) tiêu chuẩn 6001 và 6003.
• Kết cấu truyền động: Động cơ truyền lực vào trục sơ cấp của hộp giảm tốc mới, sau đó dẫn động ra đĩa xích sau thông qua bộ nhông - xích tiêu chuẩn của xe máy. Hệ thống được mô phỏng chuyển động cơ học 3D bằng tính năng Mechanism trước khi gia công vỏ hộp và gá đặt lên khung xe.

4. Thiết kế hệ thống điện thân xe và giao diện hiển thị

• Nguồn cấp phụ trợ: Cấu hình bộ pin Lithium-ion 12V độc lập đặt dưới yên xe phục vụ mạng điện tiện ích.
• Thiết bị chiếu sáng và tín hiệu: Tích hợp cụm đèn chiếu sáng đầu xe, đèn định vị, đèn hậu, đèn xi-nhan và còi điện theo đúng tiêu chuẩn vận hành đường bộ.
• Bảng đồng hồ trung tâm: Bố trí màn hình hiển thị LCD cùng các đèn báo trạng thái tại khu vực ghi-đông lái, hiển thị thông số tốc độ xe thực tế (thu thập từ cảm biến Hall NJK-5002C NPN gắn kèm đĩa nam châm) và trạng thái hoạt động của hệ thống điều khiển.
• Cụm điều khiển lái: Tích hợp nút kích hoạt chế độ lùi xe và công tắc phanh ngắt điện nhằm bảo đảm an toàn khi vận hành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh xu hướng giao thông xanh và nhu cầu chuyển đổi phương tiện cá nhân tại Việt Nam. Tác giả tiến hành khảo sát toàn diện tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:

• Nghiên cứu quốc tế: Phân tích thành tựu từ các mẫu xe hiệu suất cao như Lightning LS-218 (Mỹ, tốc độ 351 km/h), Energica Ego (Ý, ứng dụng giải đua MotoE), hệ thống cảnh báo CoPilot trên xe Damon HyperSport; các thiết kế tối ưu khí động học của Can-Am (Canada); mô hình trạm đổi pin dùng chung chuẩn hóa (Honda Mobile Power Pack, liên minh Gachaco Nhật Bản); dự án STARK (Tây Ban Nha) và nghiên cứu pin nhiên liệu hydro tại MIT.
• Nghiên cứu trong nước: Phân tích cơ sở học thuật từ luận văn thạc sĩ của Đinh Cao Trí (do TS. Lê Thanh Phúc hướng dẫn tại HCMUTE) về điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trên mô hình xe máy điện; nghiên cứu mô phỏng trên Matlab Simulink tại Đại học Trà Vinh; phân tích thực trạng thị trường xe điện nội địa với hai định hướng rõ nét: hệ sinh thái tiện ích đô thị của VinFast (Klara, Feliz, Evo200, Vento) và dòng xe hiệu suất cao, tỷ lệ nội địa hóa cao của Dat Bike (Weaver++ công suất 7000W, tốc độ 90 km/h).
• Xác định mục tiêu và kế hoạch: Xác định rõ đối tượng, phạm vi nghiên cứu, các mốc nhiệm vụ từ ngày 07/02/2025 đến ngày 06/06/2025 và sản phẩm đầu ra gồm thuyết minh cùng mẫu xe máy điện cải tạo thực nghiệm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này cung cấp nền tảng toán học, vật lý và điện tử công suất phục vụ cho việc tính toán thiết kế:

• Trình bày cấu tạo chi tiết của Stator (lõi thép silic dập rãnh, cách bố trí cuộn dây ba pha cách nhau 120° điện, phân biệt đấu nối hình sao Y và tam giác $\Delta$) và Rotor (phân loại rotor lồng sóc và rotor dây quấn).
• Phân tích nguyên lý cảm ứng điện từ tạo từ trường quay, giải thích ý nghĩa hệ số trượt $s$ đối với việc hình thành mô-men điện từ.
• Trình bày mối liên hệ giữa điện áp, tần số và dòng điện, cơ sở lý thuyết của thuật toán bù áp (Boost voltage) ở vùng tần số thấp để thắng trở kháng cuộn dây Stator.
• Khái quát nguyên lý chuyển mạch nghịch lưu áp ba pha, cấu trúc 6 van bán dẫn, bảng trạng thái 6 bước dẫn dòng và dạng sóng điện áp pha $U_A, U_B, U_C$ với giá trị hiệu dụng $U_{\text{pha}} = \frac{\sqrt{2}}{3} E$.
• Khảo sát các linh kiện chuyên dụng cấu thành mạch điện: Vi điều khiển STM32F103C8T6 (chân LQFP48, kiến trúc Cortex-M3, khối ngoại vi Timer, ADC, chuẩn giao tiếp SPI); IC điều khiển cổng IR2103; bộ cách ly quang tốc độ cao HCPL 2631; van công suất IGBT H20R2103; IC ổn áp LM7805/LM1117; cảm biến Hall từ tính NJK-5002C NPN; các chủng loại pin Lithium-ion và nguyên lý bộ giảm tốc cơ khí.

Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống điều khiển

Tập trung toàn bộ quá trình tính toán kỹ thuật, mô phỏng và thi công các khối chức năng:

• Thiết kế sơ đồ nguyên lý và layout PCB: Thực hiện vẽ mạch in trên Altium Designer cho hai khối tách biệt: mạch điều khiển tín hiệu logic và mạch công suất IGBT.
• Thiết lập thuật toán điều khiển: Xây dựng lưu đồ giải thuật cho bộ xử lý STM32; cấu hình các thanh ghi ARR, CCR, PSC để tạo tần số PWM mong muốn; sử dụng Center-aligned Mode 1 để tạo xung đối xứng giảm sóng hài bậc cao.
• Hệ thống tản nhiệt nước IGBT: Thiết kế hộp chứa mạch, gá đặt két tản nhiệt Lead 110cc, bố trí bơm nước và đường ống nhựa tuần hoàn dẫn chất lỏng làm mát ép sát lưng IGBT.
• Bộ nguồn động lực Lithium-ion: Tính toán kết cấu bộ pin cao áp (chia thành các module 10 cell ghép nối tiếp/song song có dán bảo vệ cực dương, mạch BMS kiểm soát sạc xả và vỏ bảo vệ).
• Tính toán cơ khí hộp giảm tốc:
  • Xác định mô-men xoắn yêu cầu ở bánh xe khi khởi hành ngang dốc và khi chạy đường bằng.
  • Lập bảng quan hệ giữa tần số nguồn cấp, số vòng quay trục động cơ và mô-men xoắn sinh ra.
  • Lựa chọn tỷ số truyền thích hợp, thiết kế tận dụng các cặp bánh răng và trục số nguyên bản từ xe máy Honda Dream.
  • Thiết kế gá đặt trục Inox 201 Ø18, vòng bi 6001, 6003, nhông xích và mô phỏng lắp ghép động học 3D Mechanism.
• Thiết kế điện thân xe: Thiết lập sơ đồ đi dây cho cụm công tắc trái/phải, rơ-le đèn pha/cốt, đèn hậu, đèn xi-nhan, còi và mạch giao tiếp màn hình hiển thị LCD.

Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá

Trình bày quy trình đo kiểm, phân tích dữ liệu và đánh giá các thông số thực tế của hệ thống:

• Đo kiểm tín hiệu điện áp điều khiển:
  • Sử dụng máy đo xung Oscilloscope Tektronix kiểm tra dạng sóng xung Low/High cùng một pha sau khi đi qua Opto HCPL 2631; xác nhận tín hiệu đảo pha chính xác, sườn xung vuông vức, không bị méo dạng.
  • Đo tín hiệu tại chân HO và LO của IC lái IR2103 trên cùng một pha; kết quả khẳng định tín hiệu kích dẫn không bị trùng lặp, đảm bảo khoảng thời gian chết an toàn ngăn ngừa ngắn mạch.
  • Kiểm tra dạng sóng điện áp pha ngõ ra ba pha đối xứng ở tần số danh định 50 Hz.
  • Kiểm tra xung phản hồi từ cảm biến tốc độ Hall NJK-5002C khi động cơ quay ở các dải tần số khác nhau.
• Thử nghiệm hệ thống làm mát IGBT:
  • Đo nhiệt độ khi mạch công suất làm việc không có làm mát: Nhiệt độ IGBT tăng vọt nhanh chóng.
  • Đo nhiệt độ khi sử dụng tản nhiệt nhôm thụ động (thermal pad): Nhiệt độ vẫn tích tụ và tăng cao theo thời gian vận hành liên tục.
  • Đo kiểm nhiệt độ bằng máy ảnh nhiệt Hikvision DS-2TP31B-3AUF khi kích hoạt hệ thống làm mát tuần hoàn bằng nước: Nhiệt độ các van công suất giảm rõ rệt và duy trì ổn định trong ngưỡng an toàn cho phép kể cả khi động cơ hoạt động kéo dài.
• Thực nghiệm vận hành trên mô hình xe:
  • Lắp ráp hoàn chỉnh động cơ 1,5 kW, hộp giảm tốc, khối pin, mạch điều khiển và hệ thống điện thân xe lên khung xe Honda Dream.
  • Thực nghiệm khởi động đầy tải ở tần số 20 Hz: Ghi nhận dạng sóng và cường độ dòng điện tiêu thụ qua ampe kìm FNIRSI DMC-100.
  • Đo đạc tốc độ thực tế của xe so sánh với số vòng quay lý thuyết ở các mức tần số cấp khác nhau.
  • Thử nghiệm xe vận hành có tải trên đường thực tế trong hai điều kiện: tải 1 người và tải 2 người; đánh giá độ ổn định của hệ thống lái, khả năng tăng tốc và nhiệt độ mạch công suất.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ quá trình nghiên cứu, mức độ đáp ứng các mục tiêu ban đầu; chỉ ra các thiếu sót kỹ thuật còn tồn đọng và đề xuất các giải pháp nâng cấp, hoàn thiện hệ thống trong các giai đoạn phát triển tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả thực nghiệm chính

Đồ án đã chế tạo thành công một mô hình xe máy điện hoàn chỉnh cải tạo từ xe gắn máy chạy xăng Honda Dream với các kết quả cụ thể:

• Mạch nghịch lưu ba pha tự thiết kế hoạt động ổn định, các van công suất IGBT H20R2103 đóng cắt an toàn nhờ tín hiệu kích cách ly từ IR2103 và Opto HCPL 2631, tạo ra điện áp ba pha hình sin mượt mà ở tần số 50 Hz.
• Hệ thống làm mát bằng nước cho IGBT chứng minh được hiệu quả vượt trội so với tản nhiệt nhôm thụ động: giữ nhiệt độ van công suất ổn định dưới ngưỡng tới hạn trong suốt quá trình chạy có tải thời gian dài.
• Hộp giảm tốc cơ khí chế tạo từ bánh răng xe máy cũ kết hợp trục inox 201 Ø18 và vòng bi 6001/6003 truyền tải êm ái, gia tăng đáng kể mô-men xoắn đầu ra, cho phép xe khởi động đầy tải tại tần số 20 Hz.
• Màn hình LCD và hệ thống cảm biến tốc độ Hall NJK-5002C phản hồi liên tục, chính xác các thông số tốc độ xe tức thời lên khu vực tay lái.

Thông số / Thành phần	Giải pháp kỹ thuật tác giả lựa chọn	Thiết bị / Linh kiện áp dụng
Vi điều khiển trung tâm	ARM Cortex-M3, SPWM tra bảng sin	STM32F103C8T6 (Blue Pill)
Mạch lái van (Gate Driver)	Cách ly quang + Driver kênh đôi	Opto HCPL 2631 + IC IR2103
Khóa bán dẫn công suất	Cầu nghịch lưu 3 pha (6 khóa)	IGBT H20R2103
Hệ thống làm mát	Tuần hoàn chất lỏng cưỡng bức	Két nước Honda Lead 110cc, block nhôm, bơm 12V
Hộp số giảm tốc	Tận dụng cơ cấu cơ khí nguyên bản	Bánh răng Honda Dream, trục Inox 201 Ø18, bạc đạn 6001/6003
Cảm biến tốc độ	Cảm ứng từ trường nam châm	Cảm biến Hall NJK-5002C NPN
Đo kiểm thực nghiệm	Đo xung, dòng điện, nhiệt độ	Oscilloscope Tektronix, Ampe kìm FNIRSI, Camera nhiệt Hikvision

2. Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Ứng dụng phương pháp điều khiển tỷ số $V/f$ kết hợp tăng áp khởi động (boost voltage) ở dải tần thấp để giải quyết triệt để vấn đề thiếu hụt mô-men xoắn của động cơ không đồng bộ ba pha trên phương tiện di động.
• Tận dụng tối đa các cụm chi tiết sẵn có trên thị trường xe máy nội địa (két nước Honda Lead, nhông số xe Honda Dream) để chế tạo hệ thống làm mát và hộp giảm tốc, giúp giảm đáng kể chi phí gia công chế tạo so với việc nhập khẩu linh kiện chuyên dụng.
• Tách biệt hai mạch in (mạch tín hiệu logic và mạch công suất) giúp hạn chế tối đa hiện tượng nhiễu xung đóng cắt từ IGBT ảnh hưởng đến vi điều khiển.

3. Đóng góp khoa học và thực tiễn tự nêu

• Cung cấp một quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh từ tính toán lý thuyết, thiết kế phần cứng mạch in (PCB Altium), gia công cơ khí cải tạo đến thử nghiệm thực tế việc chuyển đổi xe máy động cơ đốt trong sang xe điện hai bánh tại Việt Nam.
• Chứng minh tính khả thi của việc sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc giá thành rẻ đi kèm biến tần tự chế tạo thay cho các loại động cơ BLDC đắt tiền trong lĩnh vực cải tạo xe điện hai bánh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế kỹ thuật

Dựa trên phạm vi và kết quả thử nghiệm trong văn bản, đồ án còn một số điểm tồn tại:

• Thuật toán điều khiển động cơ mới chỉ dừng lại ở phương pháp điều chế độ rộng xung SPWM theo tỷ số $V/f$ vòng hở (kết hợp nhận biết tốc độ để hiển thị và bù áp), chưa áp dụng các thuật toán điều khiển vector không gian (SVPWM) hoặc điều khiển định hướng từ thông (FOC) để tối ưu mô-men ở trạng thái động.
• Mức công suất thử nghiệm trên xe mới ở mức 1,5 kW, tốc độ tối đa và gia tốc chưa thể tương đương hoàn toàn với động cơ xăng 100cc nguyên bản của xe Honda Dream.
• Việc bố trí các cụm thiết bị (hộp mạch công suất, bơm nước, két tản nhiệt Lead 110cc, hộp giảm tốc cơ khí) trên khung xe máy còn mang tính thử nghiệm mô hình, chiếm nhiều diện tích và chưa đạt độ thẩm mỹ công nghiệp cao.
• Chưa tích hợp tính năng hãm tái sinh năng lượng (Regenerative braking) để nạp lại cho pin khi phanh hoặc xuống dốc.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Nâng cấp phần mềm điều khiển sang thuật toán điều khiển vector không gian (SVPWM) hoặc FOC trên vi điều khiển STM32 để cải thiện độ mịn mô-men xoắn và nâng cao hiệu suất động cơ ở mọi dải tốc độ.
• Thiết kế tích hợp nguyên khối vỏ hộp giảm tốc và vỏ động cơ bằng phương pháp đúc nhôm hoặc gia công CNC nhằm tăng độ cứng vững và giảm trọng lượng cơ cấu truyền động.
• Tối ưu hóa kích thước mạch in PCB, tích hợp hệ thống quản lý pin thông minh (BMS) có giao tiếp truyền thông CAN với bộ điều khiển trung tâm và màn hình hiển thị.
• Bổ sung mạch thu hồi năng lượng phanh tái sinh nhằm kéo dài quãng đường vận hành của xe sau mỗi lần sạc.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị thực tiễn và tính ứng dụng cao cho:

• Sinh viên và giảng viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử: Làm tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình chuyển đổi phương tiện giao thông truyền thống sang phương tiện xanh.
• Người nghiên cứu và phát triển bộ biến tần (Inverter): Cung cấp đầy đủ sơ đồ mạch nguyên lý, lựa chọn linh kiện phối ghép giữa STM32, IC cách ly quang tốc độ cao HCPL 2631, IC lái cổng IR2103 và van công suất IGBT H20R2103.
• Kỹ sư cơ khí truyền động xe hai bánh: Cung cấp phương pháp tính toán tỷ số truyền, quy trình tận dụng và gia công lại các trục, bánh răng hộp số xe máy cũ thành hộp giảm tốc chuyên dụng cho động cơ điện.

Các phần đáng tham khảo nhất trong văn bản:

• Thiết kế chi tiết mạch lái van và mạch công suất nghịch lưu 3 pha trên Altium Designer (Chương 3).
• Bảng tính toán và giải pháp gia công kết cấu hộp giảm tốc cơ khí tận dụng từ bánh răng xe máy Dream (Chương 3).
• Toàn bộ kết quả thực nghiệm đo kiểm dạng sóng Oscilloscope và đo nhiệt độ tản nhiệt nước IGBT bằng camera nhiệt Hikvision (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển nào được nhóm nghiên cứu sử dụng làm bộ xử lý trung tâm và đảm nhận vai trò gì?
Nhóm nghiên cứu sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 (bo mạch STM32 Blue Pill). Vi điều khiển đảm nhận nhiệm vụ đọc tín hiệu cảm biến tay ga (qua ADC), cảm biến tốc độ Hall, công tắc phanh, công tắc lùi, và xuất các xung PWM/SPWM đối xứng (cấu hình Center-aligned Mode) thông qua bảng tra cứu sin để điều khiển việc đóng ngắt các van công suất của bộ nghịch lưu.

2. Nhóm tác giả giải quyết vấn đề sụt giảm mô-men xoắn của động cơ ở dải tốc độ thấp bằng phương pháp nào?
Tác giả áp dụng phương pháp tăng áp (Boost voltage) ở vùng tần số thấp ($f < f_b$). Bằng cách tăng mức điện áp cung cấp cao hơn đường đặc tính tuyến tính $V/f$, hệ thống bù đắp được sự sụt áp do điện trở dây quấn stator gây ra, qua đó duy trì từ thông ổn định và giúp động cơ sinh đủ mô-men xoắn để khởi động hoặc leo dốc.

3. Hệ thống làm mát cho IGBT của xe máy điện được cấu tạo từ những linh kiện nào?
Hệ thống làm mát bằng chất lỏng tuần hoàn cưỡng bức cho IGBT gồm: một két tản nhiệt nước nguyên bản của xe máy Honda Lead 110cc, quạt tản nhiệt két nước, bơm nước mini 12V, két tản nhiệt nhôm (water block) áp trực tiếp vào lưng IGBT và hệ thống ống nhựa trong suốt dẫn nước làm mát.

4. Cụm hộp giảm tốc cơ khí trên xe được chế tạo dựa trên những chi tiết cơ khí nào?
Hộp giảm tốc được thiết kế dựa trên việc tận dụng các cặp bánh răng và trục then hoa từ hộp số cơ khí nguyên bản của xe Honda Dream, kết hợp với một trục trung gian mới gia công từ inox 201 đường kính Ø18 mm, các vòng bi (bạc đạn) tiêu chuẩn mã hiệu 6001 và 6003, dẫn động ra bánh xe qua bộ nhông - xích.

5. Những thiết bị đo chuyên dụng nào đã được sử dụng để kiểm chứng kết quả thực nghiệm của hệ thống?
Quá trình kiểm tra và đánh giá thực nghiệm sử dụng ba thiết bị đo chuyên dụng chính: máy đo xung dao động ký số Tektronix (đo tín hiệu xung kích và điện áp pha), máy đo nhiệt tầm xa Hikvision DS-2TP31B-3AUF (đo nhiệt độ phát sinh trên IGBT) và ampe kìm FNIRSI DMC-100 (đo cường độ dòng điện tiêu thụ và dòng khởi động).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu cải tạo xe máy sử dụng động cơ đốt trong thành xe máy điện” của sinh viên Đinh Hiển và Nguyễn Trọng Hoan đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và thi công hệ thống truyền động điện ba pha xoay chiều trên nền xe máy Honda Dream. Bằng việc kết hợp vi điều khiển STM32F103C8T6 với mạch nghịch lưu IGBT tự chế tạo, hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn và hộp giảm tốc cơ khí tận dụng nhông số cũ, nghiên cứu đã giải quyết hài hòa bài toán tối ưu mô-men xoắn và kiểm soát nhiệt độ van công suất với chi phí thấp. Các kết quả đo kiểm thực nghiệm bằng dao động ký Tektronix, camera nhiệt Hikvision và ampe kìm FNIRSI đã khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và khả năng vận hành chở tải thực tế của phương tiện trên đường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU. Lý do chọn đề tài. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Các nghiên cứu ngoài nước.

Các nghiên cứu trong nước. Mục tiêu đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Kết quả dự kiến đạt được. Bố cục luận văn.

6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Động cơ không đồng bộ ba pha. Nguyên lí làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha. Điều khiển tốc độ động cơ.

Bộ nghịch lưu áp ba pha. Khái niệm và nguyên lí hoạt động. Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu điện áp ba pha bằng xung sin PWM……………………………………………………………………………. Pin lithium-ion.

Bộ giảm tốc. Các linh kiện được sử dụng. Vi điểu khiển STM32F103C8T6. IC ổn áp Lm7805 / Lm1117.

Cảm biến Hall NJK-5002C NPN. Giao tiếp truyền thông SPI. 53 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. Xây dựng hệ thống.

Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển. Tổng quan hệ thống điều khiển. Nguồn cấp cho hệ thống điều khiển. Cảm biến tốc độ.

Cảm biến tay ga. Phanh tay và nút mở chế độ lùi. Bộ xử lí tín hiệu. Bộ điều khiển động cơ.

Mạch PCB hệ thống điều khiển. Hộp chứa mạch cho hệ thống điều khiển. Thiết kế hệ thống làm mát cho IGBT trên mạch công suất. Sơ đồ hệ thống làm mát.

Thiết kế hệ thống làm mát. Hộp chứa mạch công suất và két giải nhiệt IGBT. Tính toán thiết kế bộ Pin Lithium – ion. Tính toán và thiết kế hộp giảm tốc, cải thiện moment xoắn cho xe.

Xác định moment xoắn yêu cầu. Xác định moment xoắn động cơ có thể sinh ra. Xác định tỉ số truyền cho hộp giảm tốc. Lựa chọn linh kiện cho hộp giảm tốc.

Thiết kế hộp giảm tốc .105 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ. Tổng quan thực nghiệm. Mục tiêu thử nghiệm. Bố trí và lắp đặt.

Hệ thống điều khiển. Hệ thống làm mát cho IGBT. Hộp giảm tốc. Kiểm tra kết quả thực nghiệm.

Kiểm tra các tín hiệu điều khiển. Kết quả thí nghiệm hệ thống làm mát. Kết quả thực nghiệm trên mô hình xe hai bánh .134 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

140 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU AC: Alternating current ADC: Analog-to-Digital Converter ARR: Auto-Reload Register Blu: Blue Br: Brown CAN: Controller Area Network CCR: Capture Compare Register. COM: Common Cya: Cyan DC: Direct current Drk-Blu: Dark Blue GND: Ground Gr: Gren Gry: Grey GTO : Gate Turn-Off Thyristor HIN: High In HO: High Out IC: Integrated circuit IGBT: Insulated-Gate Bipolar Transistor I/O: Input/Output I2C: Inter-Integrated Circuit LIN: Low In vi LO: Low Out MOSFET: Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor Opto: Optocoupler Org: Orange UPS: Uninterruptible Power Supply PSC: Prescaler PWM: Pulse Width Modulation R&D: Research and Development RPM: Revolutions per minute SPI: Serial Peripheral Interface SVPWM: Space vector pulse width modulation USART: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter USB: Universal Serial Bus VCC: Voltage Common Collector Wh: White Ye: Yellow vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2. Động cơ điện 3 pha không đồng bộ [1]. Cấu tạo của động cơ điện 3 pha không đồng bộ.

Lõi stator của động cơ điện 3 pha không đồng bộ [3]. Lõi stator quấn dây [4]. Hộp đấu dây [3]. Rotor dây quấn [5].

Nguyên lí làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha[6]. Khe hở từ [7]. Đồ thị đặc tính động cơ giữa độ trượt và điện áp[8]. Vùng hoạt động của động cơ theo phương pháp điều khiển V/f [9].

Sơ đồ mạch chỉnh lưu ba pha [10]. Điện áp trên tải của mạch nghịch lưu [11]. Phương pháp điều khiển SPWM [12]. Giáo sư Akira Yoshino và mẫu pin Lithium đầu tiên được thương mại hóa [21].

Bộ giảm tốc [13]. Sơ đồ chân LQF48 của dòng vi điều khiển STM32F103xx [14]. Sơ đồ khối dòng hiệu suất STM32F103xx [15]. STM32F103C8 Blue Pill được nhóm sử dụng [16].

Cáp nạp ST-LINK/V2 [17]. Linh kiện IR2103 [21] .24 Mạch dẫn động khóa công suất của một cặp khóa bán dẫn (kênh đơn) [23]. Quá trình phóng tụ điều khiển khóa bán dẫn phía cao [23]. Linh kiện HCPL 2631 [24].

Sơ đồ chân opto HCPL 2631 [25]. Sơ đồ chân của IGBT H20R2103 [27]. Tụ điện phân cực [29]. Cấu tạo tụ điện phân cực [30].

Tụ điện không phân cực [31]. IC ổn áp LM7805 / LM1117 [32] [33]. Sơ đồ chân của IC ổn áp Lm7805/Lm1117. Cấu tạo bên trong của điện trở [34].

Chức năng của điện trở. Bảng màu đọc giá trị điện trở [35]. Cấu tạo Diode bán dẫn [37]. Cảm biến hall [39].

Nguyên lí hoạt động cảm biến hall [40]. Giao diện làm việc của STM32CubeMX. Khu vực Clock Configuration của STM32CubeMX. Khu vực Project Manager.

Bộ chuyển đổi ADC [41]. Hoạt động của Timer[42]. Giao tiếp truyền thông SPI [43]. Nguồn cấp cho hệ thống điều khiển.

Chế độ Input Capture [44]. Giắc nối cảm biến tốc độ. Mạch chuyển đổi logic điện áp cảm biến tốc độ. Giắc nối cảm biến tay ga.

Giắc nối công tắc phanh tay và nút mở chế độ lùi. Lưu đồ thuật toán bộ xử lí tính hiệu. Vi điều khiển xử lí tín hiệu. Chế độ Center – aligned.

Cấu hình Center Aligned Mode 1. Chế độ PWM mode 1 [46]. Chế độ PWM mode 2 [46]. Lưu đồ giải thuật bộ điều khiển động cơ.

Vi điều khiển điều khiển động cơ. Mạch cách ly. Mạch lái các khoá bán dẫn. Mạch công suất.

Giắc nối mạch công suất. Schematic tổng quan hệ thống điều khiển. Các linh kiện và đường tín hiệu trên mạch điều khiển. Các đường tín hiệu mặt trên của mạch điều khiển.

Các đường tín hiệu mặt trên của mạch điều khiển .24 Hình ảnh 3D mạch điều khiển. Mạch điều khiển trên thực tế. Các đường tín hiệu mặt trên của mạch công suất. Các đường tín hiệu mặt dưới của mạch công suất.

Hình ảnh 3D của mạch công suất. Hình ảnh thực tế của mạch công suất. Thiết kế 3D của hộp chứa mạch điều khiển. Hình thực tế hộp chứa mạch điều khiển.

Sơ đồ dẫn động của hệ thống làm mát. Két tản nhiệt nước làm mát trên Honda Lead 110cc. Quạt tản nhiệt két nước. Bơm nước được lựa chọn cho hệ thống làm mát.

Két tản nhiệt IGBT được lựa chọn. Ống nhựa trong suốt sử dụng cho hệ thống làm mát trên xe. Thiết kế 3D bố trí mạch công suất và một vài linh kiện của hệ thống làm mát. Hình thực tế hộp chứa mạch công suất.

Cell pin được sạc và kiểm tra nội trở. Các cell pin được tháo vỏ bọc và dán bảo vệ cực dương. Một module – 10 cell pin. Bộ pin cao áp hoàn chỉnh.

Các cell pin, vỏ ác quy và mạch sạc-xả-bảo vệ pin. Bộ pin sau khi hoàn thiện. Sơ đồ tổng thể xe khi chưa có hộp giảm tốc [47]. Sơ đồ các lực thành phần tác dụng lên xe khi xe bắt đầu chuyển động.

Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi xe khởi hành ngang dốc. Hình động cơ điện 3 pha không đồng bộ sử dụng trên xe. Sơ đồ hệ thống truyền lực của xe sau khi lắp đặt hộp giảm tốc. Bộ bánh răng hộp số trên xe gắn máy Honda Dream.

Trục inox 201 Ø18 và trục then hoa. Bạc đạn 6003 và 6001. Sơ đồ dẫn động của toàn bộ hệ thống. Mô phỏng 3D toàn bộ hệ thống.

Chế độ mô phỏng chuyển động cơ khí “Mechanism”. Thiết kế 3D các trục lắp bạc đạn và bánh răng. Các đoạn trục sau khi được gia công. Thiết kế 3D vỏ hộp giảm tốc.

Thử nghiệm lắp đặt các chi tiêt của hộp giảm tốc trên mô hình in 3D. Lắp ráp bạc đạn, trục và bánh răng lên vỏ hộp giảm tốc. Sơ đồ mạch điện của hệ thống điện thân xe. Động cơ ba pha 0.

Khung xe máy Honda Dream. Máy đo xung Oscilloscope Tektronix. Máy đo nhiệt tầm xa Hikvision DS-2TP31B-3AUF. Ampe kìm FNIRSI DMC-100.

Bố trí hộp điều khiển trên xe. Bố trí hộp chứa mạch công suất trên xe. Bố trí cảm biến hall và đĩa nam châm trên xe. Vị trí của công tắc phanh trên tay phanh trước của xe.

Nút kích hoạt chế độ lùi trên xe. Bố trí của bơm và két nước làm mát trên xe. Sơ đồ dẫn động nước làm mát .13 Bố trí thực tế của các đường dẫn nước. Giá đỡ được bắt ốc cố định tại 4 vị trí trên vỏ động cơ nguyên bản.

Hộp giảm tốc lắp đặt hoàn chỉnh lên giá đỡ - động cơ. Bộ Pin Lithium – ion 12V được đặt dưới yên xe. Cụm đèn đầu và đèn tín hiệu - đèn định vị. Cụm đèn hậu - xi nhan của xe.125 Đồng hồ hiển thị được bố trí tại khu vực tay lái, ngay trước mặt người lái xe.

Nó hiển thị các thông số quan trọng trên màn hình LCD và các đèn báo tín hiệu. Các công tắc điều khiển đèn, xi nhan, còi và các chức năng khác được lắp đặt gần tay lái, dễ dàng cho người lái xe thao tác. Cụm công tắc trái/phải và đồng hồ hiển thị. Xung low/high của cùng một pha xuất ra từ vi điều khiển thông qua Opto A2631.

Xung high của cả ba pha xuất ra từ vi điều khiển thông qua Opto A2631. Xung đo từ hai chân HO và LO của Ir2103 trên cùng một pha. Xung đo từ chân HO của Ir2103 trên cả 3 pha. Dạng sóng điện áp đầu ra ở tần số 50hz.

Xung cảm biến tốc độ trả về khi động cơ chạy ở tần số 50hz. Nhiệt độ của mạch công suất khi hoạt động không sử dụng hệ thống làm mát. Thử nghiệm đo kiểm nhiệt độ của IGBT trên thermal pad – tản nhiệt nhôm. Nhiệt độ của mạch công suất khi hoạt động, sử dụng phương pháp truyền nhiệt bằng thermal pad – tản nhiệt nhôm.

Bố trí thử nghiệm, đo kiểm nhiệt độ IGBT sử dụng hệ thống làm mát bằng nước. Nhiệt độ của mạch công suất khi hoạt động trong thời gian dài, có sử dụng hệ thống làm mát. Mô hình xe hai bánh được lắp đặt hoàn chỉnh. Thực nghiệm khởi động đầy tải tại tần số 20hz.

Cường độ dòng điện khi xe khởi động có tải tại tần số 20hz. Nhiệt độ của mạch công suất làm mát bằng nước, thử nghiệm lần lượt với tải 1 người và tải 2 người. Mặt đồng hồ hiển thị. Hoạt động của hệ thống đèn chiếu sáng, tín hiệu trên xe.