การออกแบบยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กสำหรับผู้สูงวัย

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการออกแบบยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กสำหรับผู้สูงวัย ด้วยแนวคิดในการออกแบบจะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบระบบขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบไร้แปรงถ่าน รวมถึงระบบควบคุมทางไฟฟ้าของยานยนต์ไฟฟ้า เพื่อนำไปใช้ศึกษาถึงพฤติกรรมทางไฟฟ้าของระบบด้วยการกำหนดรูปแบบการจำลองจากพฤติกรรมการขับขี่ของผู้สูงวัย และข้อจำกัดทางกฎจราจรของการขับขี่ในชุมชน รวมถึงการนำไปใช้หาประสิทธิภาพของยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กสำหรับผู้สูงวัย จากการศึกษาลักษณะการขับขี่และข้อกำหนดของการจราจร จึงสามารถคำนวณหาขนาดกำลังไฟฟ้าของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบไร้แปรงถ่านโดยการใช้หลักการพลศาสตร์ของยานยนต์ได้ที่ 1.5 kW/3 kWp ด้วยแบตเตอรี่ขนาด 48 V 30 Ah แล้วควบคุมความเร็วรอบด้วยวิธีปรับแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้บัสไฟตรงของอินเวอร์เตอร์ จากนั้นทำการจาลองด้วยโปรแกรมสำเร็จรูป MATLAB & Simulink โดยมีรูปแบบการทดสอบด้วยการขับเคลื่อนยานยนต์ในสภาวะที่มีข้อจากัดทางจราจรบนท้องถนน จากผลจากการจาลองในการขับเคลื่อนต่าง ๆ แสดงให้เห็นว่า การขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้าบนทางราบ จะสามารถทำความเร็วสูงสุดได้ที่ 39.3 km/h ที่กำลงไฟฟ้า 1.47 kW และสามารถเคลื่อนที่ได้ระยะทาง 28 km โดยคงค่าประจุไฟฟ้าของแบตเตอรี่อยู่ที่ร้อยละ 80 ยานยนต์ไฟฟ้าสามารถขึ้นทางชันได้ถึงที่ระดับร้อยละ 4 หรือคิดเป็นมุม 2.29 องศา ด้วยกำลังไฟฟ้า 2.96 kW ที่ความเร็วคงที่ 30 km/h มีการเคลื่อนที่ขึ้นลูกระนาดที่มีมุมกระทำ 45 องศากับถนนด้วยการใช้กาลังไฟฟ้า 3 kW ที่แรงบิด 10.5 Nm และสามารถขับเคลื่อนต้านอากาศด้วยความเร็วลมเฉลี่ย 1.6 km/h โดยที่มอเตอร์ใช้กาลังไฟฟ้า 2.68 kW มีแรงบิดของมอเตอร์ 6.8 Nm ที่ความเร็วคงที่ 39.3 km/h จากผลการจำลองในระบบขับเคลื่อนและขนาดของแบตเตอรี่ที่ออกแบบไว้ให้เหมาะสมต่อระยะทางการเคลื่อนที่ แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพและความเป็นไปได้ที่จะนำไปใช้ในการออกแบบและสร้างระบบขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่ใช้งานได้จริงต่อไป

This thesis presented the design of a small electric vehicle for the elderly. The design concept focused on the design of the brushless DC motor (BLDC) drive system and the electrical control system for an electric vehicle. The thesis aimed to study the electrical behavior of the system determined by the driving simulation of the elderly driving behavior model and the traffic regulation in urban areas. Moreover, it aimed to find out the efficiency of the small electric vehicle for the elderly. Regarding the driving behavior and the traffic regulations, vehicle dynamics was considered for selecting the rated power of the BLDC motor. The rated power at 1.5 kW/3kWp with a 48 V, 30 Ah battery was selected. The BLDC motor speed was adjusted with the DC bus voltage of the inverter. The driving test simulator with traffic constraints was then simulated using MATLAB & Simulink software. The simulators showed that the maximum speed of the electric vehicle with the motor output power of 1.74 kW on a horizontal road was at 39.3 km/h. The maximum distance was 28 km when the state of the battery was decreased to 80%. In addition, the electric vehicle could climb up a 4 percent slope – an angle of 2.29 degrees – with the motor output power of 2.96 kW at a constant speed of 30 km/h. When going over a 45-degree speed hump, the motor output power was at 3 kW and the torque was at 10.5 Nm. According to the aerodynamic test with the wind speed of 1.6 km/h, the motor output power of the vehicle was at 2.68 kW with the torque of 6.8 Nm at a constant speed of 39.3 km/h. The results indicated that the design of the drive system and the battery capability were appropriate for the range. Finally, it could be concluded that the design and the construction of the small electric vehicle drive system had the efficiency and the possibility for further implementation.