Tổng quan nghiên cứu

Ô tô là phương tiện vận tải quan trọng trong đời sống hiện đại, đóng vai trò thiết yếu trong việc vận chuyển người và hàng hóa. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng ô tô cỡ nhỏ ngày càng tăng, đặc biệt trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế và yêu cầu về tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe. Theo ước tính, ô tô cỡ nhỏ sử dụng động cơ xăng vẫn chiếm phần lớn thị trường, tuy nhiên, động cơ xăng có nhược điểm về ô nhiễm môi trường và nguồn nhiên liệu ngày càng khan hiếm. Trong khi đó, ô tô sử dụng động cơ điện phát triển mạnh ở các nước phát triển nhờ ưu điểm vận hành êm dịu, không gây ô nhiễm, nhưng hạn chế về tốc độ và quãng đường di chuyển.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và chế tạo mẫu xe ô tô cỡ nhỏ sử dụng kết hợp động cơ điện và động cơ xăng, nhằm tận dụng ưu điểm của cả hai loại động cơ, đồng thời khắc phục hạn chế về quãng đường và tốc độ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại ô tô cỡ nhỏ hiện có trên thị trường, đặc biệt tại tỉnh Thừa Thiên Huế, trong khoảng thời gian từ tháng 8/2015 đến tháng 5/2016.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc xác định các thông số kỹ thuật phù hợp cho mẫu xe kết hợp, đồng thời mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi tạo ra phương tiện vận tải tiết kiệm chi phí, thân thiện môi trường, phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật về động cơ đốt trong, động cơ điện BLDC (Brushless DC Motor) và hệ thống truyền động ô tô hybrid. Ba khái niệm chính được sử dụng gồm:

  • Động cơ xăng 4 kỳ: Chu trình làm việc gồm 4 giai đoạn (nạp, nén, sinh công, xả), với ưu điểm cấu tạo đơn giản, vận hành êm dịu, nhưng hiệu suất thấp và phát thải khí gây ô nhiễm.
  • Động cơ điện BLDC: Động cơ điện một chiều không chổi than, có hiệu suất cao, vận hành êm, sử dụng nam châm vĩnh cửu trên rotor và cuộn dây stator lệch nhau 120 độ, điều khiển bằng cảm biến Hall.
  • Hệ thống truyền động kết hợp (Hybrid): Sử dụng đồng thời động cơ điện và động cơ xăng, với bộ chuyển đổi nguồn động lực và hệ thống truyền lực phức tạp, nhằm tối ưu hiệu suất và giảm phát thải.

Các mô hình tính toán công suất, lực cản lăn, lực cản không khí và dung lượng ắc quy được áp dụng để xác định các thông số kỹ thuật phù hợp cho mẫu xe.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nghiên cứu tài liệu: Thu thập và phân tích các tài liệu khoa học, báo cáo chuyên ngành về thiết kế ô tô cỡ nhỏ, động cơ điện, động cơ xăng và công nghệ hybrid.
  • Phỏng vấn chuyên gia: Lấy ý kiến từ các chuyên gia nghiên cứu ô tô điện và xăng, cùng các tài xế vận hành xe tại Thừa Thiên Huế để đánh giá thực trạng và nhu cầu.
  • Phương pháp lý thuyết: Sử dụng các công thức tính toán công suất động cơ, dung lượng ắc quy, lực cản và các thông số kỹ thuật khác để thiết kế mẫu xe.
  • Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mẫu xe và tiến hành chạy thử nghiệm với hai nguồn động lực (động cơ điện và động cơ xăng), đo tốc độ, độ ổn định, chi phí nhiên liệu và đánh giá hiệu quả vận hành.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các loại xe cỡ nhỏ hiện có tại địa phương, với thời gian nghiên cứu kéo dài gần 10 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Công suất động cơ điện và xăng phù hợp: Qua tính toán, công suất động cơ điện cần thiết là khoảng 2,158 kW, lựa chọn động cơ BLDC 2,5 kW, điện áp 48V. Động cơ xăng chọn là loại 4 kỳ, công suất 5,1 kW (Honda Wave Alpha 100cc), tương đương công suất động cơ điện ở vòng quay 3000-4000 vòng/phút.

  2. Thiết kế khung gầm và hệ thống truyền lực: Khung xe được chế tạo từ thép góc và thép ống, hệ thống truyền lực sử dụng ly hợp ma sát nhiều đĩa ướt, hộp số phân cấp cơ học, truyền lực các đăng và hộp vi sai từ xe tải Suzuki Carry 500kg đã qua sử dụng. Bộ chuyển đổi nguồn động lực kết hợp số lùi cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa động cơ điện và xăng.

  3. Hiệu suất vận hành mẫu xe: Mẫu xe đạt tốc độ tối đa 40 km/h khi chạy bằng động cơ điện hoặc động cơ xăng, tốc độ lùi tối đa 5 km/h. Khi chạy thử 50 km bằng động cơ điện, xe vận hành ổn định, êm dịu, hệ thống truyền lực và phanh hoạt động hiệu quả. Khi chạy bằng động cơ xăng, chi phí nhiên liệu riêng khoảng 320 g/kWh, tương đương 3,5 lít xăng/100 km.

  4. Hạn chế kỹ thuật: Hệ thống truyền lực sử dụng nhiều chi tiết cũ có độ rơ lớn, gây tiếng kêu nhỏ khi tăng giảm tốc; tốc độ tối đa giới hạn ở 40 km/h; trang bị làm việc chưa đầy đủ, hình thức còn hạn chế.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc kết hợp động cơ điện BLDC và động cơ xăng 4 kỳ trong một mẫu xe cỡ nhỏ là khả thi và đáp ứng được yêu cầu vận hành ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện môi trường. So với các nghiên cứu về xe hybrid trên thế giới, mẫu xe này phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật tại Việt Nam, đặc biệt là các tỉnh có địa hình và nhu cầu vận tải tương tự Thừa Thiên Huế.

Dữ liệu vận hành có thể được trình bày qua biểu đồ tốc độ theo thời gian và bảng so sánh chi phí nhiên liệu giữa hai nguồn động lực, giúp minh họa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của mẫu xe. So với các xe điện thuần túy, mẫu xe này khắc phục được hạn chế về quãng đường di chuyển nhờ động cơ xăng hỗ trợ khi ắc quy hết điện.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển sản xuất thử nghiệm mẫu xe: Khuyến nghị các cơ quan chức năng tỉnh Thừa Thiên Huế hỗ trợ sản xuất thử nghiệm mẫu xe để phục vụ du khách và người dân địa phương, với mục tiêu hoàn thiện mẫu xe trong vòng 12 tháng.

  2. Nâng cấp hệ thống truyền lực: Thay thế các chi tiết cũ bằng linh kiện mới, giảm độ rơ và tiếng ồn, nâng cao độ bền và hiệu suất vận hành, thực hiện trong 6-9 tháng bởi các nhà sản xuất linh kiện ô tô trong nước.

  3. Mở rộng trang bị làm việc: Cải tiến hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, đồng hồ báo hiệu và các tiện ích khác nhằm tăng tính tiện nghi và an toàn, hoàn thành trong 6 tháng, do các đơn vị cơ khí và điện tử đảm nhận.

  4. Nghiên cứu nâng cao công suất và tốc độ: Tiếp tục nghiên cứu lựa chọn động cơ điện và xăng công suất cao hơn, cải tiến thiết kế khung gầm để đạt tốc độ tối đa trên 50 km/h, thời gian thực hiện 1-2 năm, phối hợp với các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư ô tô: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về thiết kế xe hybrid cỡ nhỏ, hỗ trợ phát triển công nghệ ô tô sạch trong nước.

  2. Doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô: Tham khảo để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường nội địa, giảm phụ thuộc nhập khẩu, nâng cao năng lực cạnh tranh.

  3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách giao thông: Cung cấp dữ liệu và giải pháp kỹ thuật cho việc phát triển phương tiện giao thông thân thiện môi trường, phù hợp với quy định khí thải.

  4. Người tiêu dùng và cộng đồng sử dụng xe: Hiểu rõ ưu nhược điểm của xe hybrid, lựa chọn phương tiện phù hợp với nhu cầu đi lại và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mẫu xe sử dụng động cơ điện và xăng có ưu điểm gì so với xe chạy xăng thuần túy?
    Mẫu xe kết hợp tận dụng ưu điểm vận hành êm dịu, không phát thải khi chạy điện và khả năng di chuyển quãng đường dài nhờ động cơ xăng, giảm chi phí nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.

  2. Dung lượng ắc quy được tính toán như thế nào?
    Dung lượng ắc quy được xác định dựa trên công suất động cơ điện và thời gian phóng điện mong muốn, ví dụ mẫu xe chọn ắc quy 48V, dung lượng 208 Ah để chạy liên tục 4 giờ.

  3. Tốc độ tối đa của mẫu xe là bao nhiêu?
    Mẫu xe đạt tốc độ tối đa 40 km/h khi chạy bằng cả hai nguồn động lực, phù hợp với nhu cầu di chuyển trong đô thị và khu vực có tốc độ giới hạn.

  4. Chi phí nhiên liệu khi chạy bằng động cơ xăng là bao nhiêu?
    Chi phí nhiên liệu riêng khoảng 320 g/kWh, tương đương 3,5 lít xăng cho 100 km, giúp tiết kiệm so với xe chạy xăng thông thường.

  5. Mẫu xe có thể ứng dụng ở đâu hiệu quả nhất?
    Phù hợp cho các khu đô thị, khu du lịch, và vùng nông thôn có nhu cầu vận chuyển người và hàng hóa cỡ nhỏ, đặc biệt nơi có yêu cầu giảm ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng.

Kết luận

  • Đã nghiên cứu và lựa chọn được mẫu xe ô tô cỡ nhỏ kết hợp động cơ điện BLDC 2,5 kW và động cơ xăng 4 kỳ 5,1 kW phù hợp với điều kiện Việt Nam.
  • Thiết kế khung gầm, hệ thống truyền lực, hệ thống lái và phanh được hoàn thiện dựa trên các linh kiện có sẵn và cải tiến phù hợp.
  • Mẫu xe chế tạo thành công, vận hành ổn định, đạt tốc độ tối đa 40 km/h, chi phí nhiên liệu hợp lý, thân thiện môi trường.
  • Qua chạy thử nghiệm, mẫu xe đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và thực tiễn, tuy còn một số hạn chế cần cải tiến.
  • Đề xuất tiếp tục sản xuất thử nghiệm, nâng cấp kỹ thuật và mở rộng ứng dụng trong 12-24 tháng tới để phát triển xe ô tô sạch trong nước.

Quý độc giả và các đơn vị quan tâm được khuyến khích nghiên cứu sâu hơn và phối hợp phát triển mẫu xe nhằm góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô Việt Nam phát triển bền vững.