Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay, thế giới đang phát triển một cách vượt bậc, nhu cầu đi lại của con người cũng ngày càng tăng cao. Nghành công nghệ ô tô của các hãng xe trên thế giới đang cạnh tranh nhau để sản xuất ra nhiều chiếc xe hiện đại, an toàn và phù hợp với con người, từ những chiếc xe điện đầu tiên trên thế giới, sau đó là xe sử dụng động cơ đốt trong với nguồn nhiên liệu hóa thạch do tính bền, rẻ và tiện dụng nên xe điện dần đi vào dĩ vãng.
Qua hàng trăm năm cải tiến và phát triển thì số lượng xe ngày càng nhiều, cùng với đó là khí thải ra ngày càng nhiều như các chất CO2, CO, NOx, và các bụi mịn trong không khí làm môi trường đang trở nên dần xấu đi, gây nên hiệu ứng nhà kính và làm trái đất ngày càng nóng lên. Sự biến đổi khí hậu này làm cho các nước trên thế giới nhận thấy được sự nguy hiểm tiềm tàng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, gây ảnh hưởng tồi tệ đến cuộc sống của chúng ta, nên các nước đã đặt ra nhiều tiêu chuẩn về khí thải để giảm bớt các chất độc hại ra môi trường. Tìm ra những nguồn nhiên liệu mới thân thiện với môi trường đang là xu hướng đi của các hãng xe. Nghành công nghiệp năng lượng tái tạo đang phát triển rất mạnh và là nguồn năng lượng vô hạn có thể thay thế được nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt.
Và tận dụng những điều này, chiếc xe được kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong lần lượt ra đời, và dòng xe hiện nay đang được tập trung nghiên cứu nhiều nhất đó chính là xe thuần điện. Vừa bảo vệ môi trường, vừa tận dụng được nguồn năng lượng sạch và giảm sức ép lên trữ lượng nguyên liệu hóa thạch trên thế giới. Nắm bắt được như vậy, để phục vụ nhiều nghiên cứu và phát minh trong tương lai, thì nhóm chúng em sẽ tìm hiểu về chức năng, cấu tạo, những lợi ích mà xe điện mang lại cho thế giới, cùng với đó là mô phỏng về kết cấu xe điện để đánh giá sự hiệu quả khi sử dụng các hệ thống truyền lực khác nhau. Qua đó để đưa ra kết luận về những hệ thống hộp số nào đối với xe điện tối ưu và tiết kiệm năng lượng nhất.
Nhằm vào đó để đưa ra ý tưởng phát minh cho xe điện phù hợp nhất cho nhu cầu sử dụng của con người và đưa xe điện dần thay thế cho xe động cơ đốt trong. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu cấu tạo các bộ phận cơ bản trên xe điện, chức năng, lợi ích và mô phỏng kết cấu xe điện qua các hệ thống truyền lực khác nhau để 1 đưa ra được kết luận về hiệu suất tiêu thụ năng lượng trên từng hệ thống. Để từ đó phát triển thành những dự án lớn, những ý tưởng cho tương lai xe ô tô điện, làm cho xe ô tô điện ngày càng tối ưu, khả năng vận hành được êm ái, thời gian vận hành xe điện được kéo dài nhất. Qua bài phân tích và kết quả nghiên cứu thì người đọc có thể hiểu rõ được các cấu tạo, chức năng và nhiều lợi ích của xe điện, góp phần đưa xe điện vào trong những mẫu xe đáng được lựa chọn để sử dụng trong tương lai và thay thế dần được động cơ đốt trong, thúc đẩy nghành công nghiệp xe điện phát triển cùng với nỗ lực chung của toàn xã hội trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu về cấu trúc của các dòng xe điện khác nhau về cấu tạo, chức năng. - Tính toán động lực học của xe điện về các lực kéo, lực cản… - Mô phỏng kết cấu xe điện bằng phần mềm Matlab - Simulink sử dụng các hộp số khác nhau - Phân tích đồ thị năng lượng tiêu thụ và hiệu suất của động cơ trên từng loại hộp số - Đánh giá, đưa ra kết luận và kiến nghị 1. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết thông qua các trang thông tin của các hãng, các trang báo và các bài giảng đã được học trên trường. - Tìm kiếm và thu thập thông tin dữ liệu qua các sách, tài liệu tham khảo, bài báo, tài liệu chuyên nghành ô tô, các video trên nền tảng mạng xã hội trong nước và nước ngoài.
- Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng kết cấu xe điện thông qua các số liệu đã thu thập. - Đánh giá và phân tích dựa vào kết quả mô phỏng để đưa ra kết luận 1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe ô tô điện và kết cấu của ô tô điện, các hệ thống truyền lực khác nhau thông qua những dòng xe ô tô điện khác nhau trên thế giới. Phạm vi nghiên cứu về không gian là toàn bộ những chiếc xe điện hiện có trên thế giới, cụ thể hơn là xe ô tô điện BMW i3.
Về thời gian là ba tháng kể từ ngày nhận đề tài. Lĩnh vực nghiên cứu là công nghệ kỹ thuật về ô tô và năng lượng tái tạo trên thế giới. Cấu trúc của đề tài Cấu trúc của đề tài được chia thành 4 phần: - Tổng quan về xe điện - Cơ sở lý thuyết về xe điện - Thiết kế mô phỏng xe điện qua các hệ thống truyền lực khác nhau trên Matlab - Simulink - Đánh giá kết quả và kết luận 3 Chương 2. Xe ô tô điện là gì? Ô tô điện là một chiếc ô tô được cung cấp năng lượng hoạt động từ một động cơ điện.
Động cơ điện này được cung cấp năng lượng bởi một bộ pin sạc thay vì sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xe động cơ đốt trong. Sử dụng động cơ điện không tạo ra khí thái trong quá trình hoạt động nên chúng thân thiện với môi trường, góp phần giảm ô nhiễm không khí. Ô tô điện là xe của tương lai, xe của những công nghệ mới dần và dần sẽ thay thế được xe động cơ đốt trong trong tương lai gần. Trong thời đại hiện nay, sự tăng trưởng của dân số, kinh tế cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp đã dẫn đến sự gia tăng về lượng khí thải và khí thải được thải ra từ các phương tiện giao thông, đặc biệt là từ các loại xe hơi chạy bằng động cơ đốt trong đóng góp một phần không nhỏ vào sự gia tăng đó.
Để giải quyết vấn đề này, việc chuyển đổi sang sử dụng ô tô điện để thay thế động cơ đốt trong đã trở thành một vấn đề tất yếu. Xe ô tô điện không chỉ giảm bớt khí thải carbon dioxide (CO2) và các chất gây ô nhiễm khác so với xe chạy bằng xăng hoặc diesel mà còn giảm tiếng ồn và gia tăng hiệu suất năng lượng. Lịch sử phát triển của xe ô tô điện Năm 1859, Gaston Planté, nhà vật lý người Pháp phát minh ra pin axit chì, đây là một phát minh vĩ đại của nhân loại tạo ra tiền đề của nhiều phát minh khác và được sử dụng cho đến ngày nay. Đến năm 1881, nhà phát minh người Pháp Gustave Trouvé đã gắn pin sạc vào chiếc xe ba bánh và tạo ra một trong những chiếc xe chạy điện đầu tiên trên thế giới [1].
Năm 1884, chiếc ô tô điện đầu tiên trên thế giới mới được phát minh ra tại Anh bởi nhà phát minh Thomas Parker. Đến năm 1888, chiếc xe điện đầu tiên được công nhận trên thế giới ra đời với tên gọi "Flocken Elektrowagen", được chế tạo bởi nhà sáng chế người Đức Andreas Flocken. 1: Ô tô điện đầu tiên được nhận trên thế giới ''Flocken Elektrowagen'' Ô tô điện là một trong những phương pháp ưa thích để tạo lực đẩy ô tô vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, mang đến một mức độ thoải mái tiện dụng và dễ vận hành cho người sử dụng, sự thoải mái cho người ngồi trên xe mà những chiếc xe ô tô chạy động cơ đốt trong không thể có được thời điểm đó. Số lượng xe điện đạt đỉnh khoảng 30.000 xe vào đầu thế kỷ 20 làm nên cơn sốt xe điện trên toàn thế giới.
Tuy nhiên đến năm 1908, những chiếc xe xăng Model T được sản xuất tại Mỹ bởi Henry Ford, đã “giáng” một đòn mạnh xuống ngành công nghiệp ô tô điện lúc bấy giờ. Mẫu xe này có mức giá chỉ khoảng 650 USD, trong khi một chiếc xe điện được bán với giá 1. Con số cao gần gấp 3 lần này khiến người tiêu dùng phải “dè chừng”. Thời điểm này xăng dầu bớt đắt đỏ, trạm xăng dầu mọc lên nhiều hơn và tiện lợi cho người dùng.
Do đó xe điện dần bị đưa vào dĩ vãng và được thay thế bằng những chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong [2]. Những năm cuối 1960 đến đầu những năm 1970, giá dầu tăng vọt và tình trạng thiếu hụt xăng dầu lên đến đỉnh điểm do Cuộc cấm vận dầu mỏ ở Ả Rập năm 1973. Tuy nhiên, những chiếc xe điện được sản xuất từ những năm 1970 vẫn còn nhiều hạn chế so với xe chạy bằng xăng, nên vẫn chưa thể vực dậy ngành công nghiệp ô tô điện [2]. Cho đến thời điểm này, tại lúc mà xăng dầu bắt đầu đắt đỏ, nguồn nguyên liệu tài nguyên dầu mỏ trên trái đất đang cạn dần và đồng thời cuộc chiến giữa Ukraine và Nga làm cho giá nguyên liệu trên thế giới tăng mạnh và sau cuộc đại dịch Covid 19 xảy ra làm thế giới bị kéo tụt về nền kinh tế.
Xe điện bắt đầu được các hãng xe tập trung vào bởi những ưu thế vượt trội của xe điện so với xe sử dụng động cơ đốt trong là không thải khí CO2 5 vào khí quyển và giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời giải tỏa được sức căng thẳng của tài nguyên còn lại trên thế giới. Xe điện đang được vực dậy và được dự đoán sẽ thay thế được động cơ đốt trong trong 30 năm nữa. Có thể nói đây là thời đại của xe điện, và các hãng xe đang cạnh tranh nhau để tạo ra nhiều dòng xe điện với nhiều phân khúc khác nhau phù hợp cho từng loại nhu cầu sử dụng của con người.