ออกแบบและสร้างรถไฟฟ้าขนาดเล็ก

บทคัดย่อ

ระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานของยานพาหนะ โดยเปลี่ยนพลังงานจลน์ที่สูญเสียไปในระหว่างการเบรกให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อนากลับมาใช้ ใหม่ การศึกษานี้มีเป้าหมายเพื่อทดสอบและวิเคราะห์ประสิทธิภาพของระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง ผ่านการสร้างต้นแบบรถโกคาร์ทที่ติดตั้งระบบดังกล่าว กระบวนการศึกษาประกอบด้วยการออกแบบและพัฒนาโครงสร้างของรถโกคาร์ท พร้อมติดตั้งระบบ เบรกเชิงกลและระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า รวมถึงการทดสอบการทางานของระบบในสภาวะการขับ ขี่ที่แตกต่างกัน ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองจะถูกนามาวิเคราะห์เพื่อประเมินประสิทธิภาพการกักเก็บ พลังงาน การลดการสูญเสียพลังงาน และผลกระทบต่อสมรรถนะของยานพาหนะ ผลการศึกษานี้สามารถนาไปใช้เป็นแนวทางในการพัฒนาเทคโนโลยีระบบเบรกประหยัดพลังงาน สาหรับยานพาหนะไฟฟ้าในอนาคต และสามารถประยุกต์ใช้ในการออกแบบระบบกักเก็บพลังงานเพื่อ เพิ่มประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนในยานพาหนะขนาดเล็ก คาสาคัญ: รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง / การกักเก็บพลังงาน / รถโกคาร์ท / ประสิทธิภาพระบบเบรก / พลังงานไฟฟ้า 1 Name Mr Nopawut Buranakitvisoot Mr Janepop Rengboonma Mr Nutanai Chookaew Mr Natthapat Roeyranu Thesis Title Design and Build Small Electric Car Department Mechanical and Aerospace Engineering Advisor Asst.Prof. Suvanit Chitsiriphanit, PhD Academic year 2024 Abstract The regenerative braking system is a technology that helps improve the energy efficiency of vehicles by converting kinetic energy lost during braking into electrical energy for reuse. This study aims to test and analyze the efficiency of the regenerative braking system by building a prototype go-kart equipped with this system. The project involves designing and developing the structure of the go-kart, as well as installing a mechanical braking system and an electrical energy storage system, including testing the performance of the system under different driving conditions. The results obtained from the experiments will be analyzed to evaluate the energy storage efficiency, energy loss reduction, and the impact on vehicle performance. The results of this study can be used as a guideline for the development of energysaving braking system technologies for electric vehicles in the future and can be applied in the design of energy storage systems to enhance the efficiency of drive systems in small vehicles. Keywords: Regenerative braking / Energy storage / Go-kart / Braking system efficiency / Electrical energy 2 กิตติกรรมประกาศ โครงงานนี้สาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยความกรุณาและการสนับสนุนจากหลายฝ่าย คณะผู้จัดทาขอ กราบขอบพระคุณ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.สุวณิช จิตศิริพาณิช อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงาน เป็นอย่าง สูง ที่ได้ให้คาแนะนาอันเป็นประโยชน์อย่างต่อเนื่อง ตลอดจนให้คาปรึกษาในการวางแผนดาเนินงาน อย่างเป็นระบบ พร้อมทั้งช่วยชี้แนะแนวทางในการปรับปรุงและแก้ไขข้อบกพร่องต่าง ๆ จนโครงงาน สามารถดาเนินไปตามแผนงานที่วางไว้และบรรลุเป้าหมายด้วยความเรียบร้อย คณะผู้จัดทาขอขอบพระคุณ คณาจารย์จากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า ที่ได้ให้ความอนุเคราะห์ และคาปรึกษาในด้านระบบไฟฟ้า รวมถึง นักศึกษาชมรม EVR: Electrical Vehicle & Railway ที่ได้ เอื้อเฟื้อความรู้และให้คาแนะนาเกี่ยวกับระบบควบคุม ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการพัฒนา โครงงานนี้ ท้ายที่สุดนี้ คณะผู้จัดทาขอขอบพระคุณ ผู้ปกครองและเพื่อนร่วมโครงงาน ทุกท่านที่ให้ กาลังใจและการสนับสนุนในทุกด้าน จนทาให้โครงงานนี้สาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดี 3 นาย ณพวุฒิ บูรณกิจวิสูตร นาย เจนภพ เร่งบุญมา นาย ณัฐนัย ชูแก้ว นาย ณัฐภัทร โรยเรณู สารบัญ บทที่ 1 บทนา ................................................................................................................................... 1 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงานวิศวกรรม ....................................................................... 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน ................................................................................................... 1 1.3 กลุ่มเป้าหมาย ..................................................................................................................... 1 1.4 ขอบเขต .............................................................................................................................. 1 1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ.................................................................................................. 1 1.6 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าต้องใช้.............................................................................. 1 1.7 แผนการดาเนินงาน ............................................................................................................. 1 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง .................................................................................................................. 6 2.1 งานวิจัยและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง ....................................................................................... 6 2.1.1 รถสี่ล้อไฟฟ้า รุ่น CITY CAR 2024 ..................................................................... 6 2.1.2 การควบคุมความเร็วระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรก ................................................... 7 2.1.3 การออกแบบและวิเคราะห์รถโกคาร์ทไฟฟ้า ....................................................... 8 2.1.4 มอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน ............................................................... 9 2.1.5 การทางานของระบบ รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง .................................................... 10 2.2 การศึกษาส่วนประกอบของรถและระบบไฟฟ้า ................................................................. 11 2.2.1 โครงรถ............................................................................................................. 11 2.2.2 ระบบบังคับเลี้ยว .............................................................................................. 12 2.2.3 ระบบเบรก ....................................................................................................... 14 2.2.4 ระบบส่งกาลัง................................................................................................... 15 2.2.5 เบาะนั่ง ............................................................................................................ 18 2.2.6 ล้อและยาง ....................................................................................................... 19 2.2.8 ระบบและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในโครงงาน ........................................................... 21 4 บทที่ 3 การออกแบบโครงงานและวิธีการดาเนินงาน....................................................................... 30 3.1 ความต้องการของโครงงาน ............................................................................................... 30 3.2 ข้อจากัดโครงงาน.............................................................................................................. 30 3.3 มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม ................................................................................................. 30 3.4 มาตรฐานด้านความปลอดภัย............................................................................................ 30 3.5 มาตรฐานส่วนประกอบต่างๆ ของรถไฟฟ้าขนาดเล็ก ........................................................ 30 3.6 การออกแบบโครงรถ ........................................................................................................ 31 3.6.1 แนวคิดในการออกแบบรถพลังงานไฟฟ้าขนาดเล็ก ........................................... 32 3.6.2 การเลือกโครงรถ .............................................................................................. 33 3.7 การคานวณเพื่อเลือกขนาดของมอเตอร์ ............................................................................ 35 3.7.1 คานวณหาโหลดที่ต้องใช้ของมอเตอร์ ............................................................... 35 3.7.2 คานวณหาค่า Static Frictional Force........................................................... 37 3.7.3 คานวณหาค่า Rolling Frictional Force ....................................................... 37 3.7.4 คานวณหาค่า Drag Force ............................................................................. 37 3.7.5 คานวณหาค่า Total Tractive Effort .............................................................. 37 3.7.6 คานวณหาค่า Torque at Wheels.................................................................. 38 3.7.7 คานวณหาค่าแรงบิดมอเตอร์ที่ต้องการ............................................................. 38 3.8 หลักการในการเลือกใช้มอเตอร์ DC Brushless ................................................................ 38 3.9 การคานวณเพื่อเลือกประเภทของเฟืองโซ่ ......................................................................... 39 3.10 การคานวณเพื่อเลือกขนาดเพลาหลัง .............................................................................. 40 3.11 การเลือกเบอร์ของโซ่ ...................................................................................................... 43 3.12 แสดงภาพรวมของการออกแบบเมื่อนาอุปกรณ์ใส่ทั้งหมด............................................... 43 3.13 กระบวนการทาโครงรถ ระบบเลี้ยว ระบบคันเร่ง-เบรก .................................................. 44 3.13.1 การทาโครงรถ................................................................................................ 44 3.13.2 การทาระบบเลี้ยว ติดตั้งเบาะรองนั่งและทาสีโครงรถ .................................... 46 5 3.13.3 การทาระบบคันเร่งและเบรก ......................................................................... 51 3.13.4 การติดตั้งระบบขับเคลื่อนและทาพื้นที่สาหรับวางกล่องควบคุมระบบไฟฟ้า ... 55 3.14 กระบวนการดาเนินงานและติดตั้งระบบไฟฟ้า ................................................................ 57 3.14.1 ออกแบบระบบไฟฟ้า ..................................................................................... 57 3.14.2 การติดตั้งระบบไฟฟ้า ..................................................................................... 64 3.15 การเขียนโค้ดแสดงความเร็วรอบและเปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่บนหน้าจอ LCD ..................... 65 3.15.1 อุปกรณ์ที่ใช้ ................................................................................................... 65 3.15.2 หลักการทางาน .............................................................................................. 65 3.15.3 การเขียนโค้ด.................................................................................................. 65 3.16 การทางานของระบบไฟฟ้า ............................................................................................. 66 3.17 ปัญหาที่พบและวิธีการแก้ปัญหา..................................................................................... 67 บทที่ 4 ผลการทดสอบ .................................................................................................................... 69 4.1 การทดสอบความสามารถในการรับโหลดของโครงรถ ....................................................... 69 4.1.1 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 1 .................................................... 69 4.1.2 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 2 .................................................... 70 4.1.3 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 3 .................................................... 71 4.1.4 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 4 .................................................... 72 4.1.5 การเปรียบเทียบโครงรถแบบต่าง ๆ .................................................................. 73 4.2 ผลการทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ .............................. 74 4.3 การทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ............................. 75 4.4 การทดสอบระบบกระแสไฟฟ้าที่ไหลย้อนกลับจากมอเตอร์ ............................................... 76 4.5 การทดสอบกล่องควบคุมระบบรีเจนเนอเรทีฟเบริกกิ่ง ...................................................... 77 4.5.1 ผลการทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ................................................. 77 4.5.2 ผลการทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ................................................. 78 4.6 การทดสอบระยะทางรอบตึกวิศวกรรมศาสตร์ไป-กลับ ..................................................... 79 6 4.6.1 ผลการทดสอบระยะทางแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ .................................. 79 4.6.2 ผลการทดสอบระยะทางแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ............................ 80 4.7 การทดสอบรอบสนามกีฬากลางแจ้งอาคารปฏิบัติการวิทยาศาสตร์การกีฬา ..................... 81 4.7.1 การทดสอบการวิ่งระยะทาง 2 กิโลเมตร .......................................................... 82 4.7.2 การทดสอบการวิ่งระยะทาง 5 กิโลเมตร .......................................................... 83 4.7.3 ระยะทางที่สามารถวิ่งได้จากการชาร์จเต็ม 100% ............................................ 84 บทที่ 5 สรุปผลการออกแบบ ........................................................................................................... 85 5.1 ผลการออกแบบโครงรถ .................................................................................................... 85 5.2 ผลการทดสอบประสิทธิภาพการขับเคลื่อน ....................................................................... 86 5.3 ผลการวัดค่ากระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับจากมอเตอร์.......................................................... 87 5.4 ผลการวัดค่ารีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง ................................................................................... 87 5.5 ผลการทดสอบระยะทางที่รถสามารถวิ่งได้ต่อการชาร์จ 1 ครั้ง ......................................... 88 เอกสารอ้างอิง ................................................................................................................................. 89 ภาคผนวก ก .................................................................................................................................... 93 ภาคผนวก ข .................................................................................................................................. 100 7 สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 แผนการดาเนินงานในการทาโครงงาน .......................................................................... 1 ตารางที่ 1.2 แผนการดาเนินงานใน Phase 1 ................................................................................... 2 ตารางที่ 1.3 แผนการดาเนินงานใน Phase 2 ................................................................................... 3 ตารางที่ 1.4 แผนการดาเนินงานใน Phase 3 ................................................................................... 4 ตารางที่ 1.5 แผนการดาเนินงานใน Phase 4 ................................................................................... 5 ตารางที่ 1.6 หน้าที่ผู้รับผิดชอบแต่ละ Phase.................................................................................... 5 ตารางที่ 2.1 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของรถสี่ล้อไฟฟ้า........................................................... 6 ตารางที่ 2.2 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของมอเตอร์ดุมล้อ ........................................................ 7 ตารางที่ 2.3 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของรถโกคาร์ทไฟฟ้า ..................................................... 8 ตารางที่ 3.1 มาตรฐานวัสดุของเหล็ก .............................................................................................. 31 ตารางที่ 3.2 สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตระหว่างล้อและพื้นถนน ............................................... 35 ตารางที่ 3.3 สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการกลิ้งระหว่างล้อและพื้นถนน ................................... 35 ตารางที่ 3.4 สัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศ และ Frontal Area ........................................................ 36 ตารางที่ 3.5 ค่าความหนาแน่นของอากาศในอุณหภูมิต่างๆ ........................................................... 36 ตารางที่ 4.1 แสดงผลการรับโหลดของโครงรถแต่ละแบบ ............................................................... 73 ตารางที่ 4.2 ผลการทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ........................ 74 ตารางที่ 4.3 ผลการทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ................... 75 ตารางที่ 4.4 ผลการทดสอบระยะทางแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ............................................ 79 ตารางที่ 4.5 ผลการทดสอบระยะทางแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ....................................... 80 ตารางที่ 4.6 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ................................ 82 ตารางที่ 4.7 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ .................................... 83 ตารางที่ 4.8 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ................................ 83 ตารางที่ 4.9 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ .................................... 84 ตารางที่ 4.10 การเปรียบเทียบระหว่างแบบมีระบบการชาร์จกลับและไม่มีการชาร์จกลับ ............... 84 8 สารบัญรูปภาพ รูปที่ 2.1 รถไฟฟ้าขนาดเล็ก รุ่น CITY CAR 2024 ............................................................................ 6 รูปที่ 2.2 มอเตอร์ Brushless แบบดุมล้อ ........................................................................................ 7 รูปที่ 2.3 ตัวอย่างการออกแบบโครงรถโกคาร์ทไฟฟ้า ....................................................................... 8 รูปที่ 2.4 การวัดค่าไฟฟ้าที่ได้จากมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน .......................................... 9 รูปที่ 2.5 ระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง ........................................................................................... 10 รูปที่ 2.6 ทิศทางการทางานของมอเตอร์ที่ใช้ในระบบ รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง .................................. 10 รูปที่ 2.7 ส่วนประกอบพื้นฐานของรถโกคาร์ทไฟฟ้า ........................................................................ 11 รูปที่ 2.8 ตัวอย่างโครงรถของรถโกคาร์ท ......................................................................................... 11 รูปที่ 2.9 ส่วนประกอบของระบบบังคับเลี้ยว ................................................................................... 12 รูปที่ 2.10 ส่วนประกอบหลักของเบรก............................................................................................ 14 รูปที่ 2.11 ชุดเพลาหลังที่ใช้ในระบบส่งกาลังของรถโกคาร์ท............................................................ 15 รูปที่ 2.12 ตาแหน่งสเตอร์หน้า–หลังประกอบกับตัวโซ่ .................................................................. 16 รูปที่ 2.13 การดูเบอร์โซ่สเตอร์ ...................................................................................................... 16 รูปที่ 2.14 ตัวอย่างเบาะนั่งสาหรับรถโกคาร์ท ................................................................................. 18 รูปที่ 2.15 ตัวอย่างล้อและยางสาหรับรถโกคาร์ท ........................................................................... 19 รูปที่ 2.16 ส่วนประกอบของระบบไฟฟ้า ......................................................................................... 21 รูปที่ 2.17 มอเตอร์ DC Brushless ................................................................................................. 22 รูปที่ 2.18 คันเร่งไฟฟ้า .................................................................................................................... 22 รูปที่ 2.19 แบตเตอรี่ Li-ion ............................................................................................................ 23 รูปที่ 2.20 กล่องคอนโทรลเลอร์ Votol EM50-4 ........................................................................... 23 รูปที่ 2.21 ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า DC-DC ....................................................................................... 24 รูปที่ 2.22 วงจรเรียงกระแส 3 เฟส .............................................................................................. 24 รูปที่ 2.23 เบรกเกอร์ 2 โพล .......................................................................................................... 25 รูปที่ 2.24 แผงขั้วต่อไฟฟ้า .............................................................................................................. 25 รูปที่ 2.25 ตัวแปลงสัญญาณแอนะล็อก ......................................................................................... 26 รูปที่ 2.26 รีเลย์ MY2 .................................................................................................................... 26 รูปที่ 2.27 ปลั๊กชาร์จ ..................................................................................................................... 27 9 รูปที่ 2.28 สวิตช์กุญแจ ................................................................................................................... 27 รูปที่ 2.29 สวิตช์เลือก 2 ทาง ......................................................................................................... 27 รูปที่ 2.30 ลิมิตสวิตช์สาหรับเบรก ................................................................................................. 28 รูปที่ 2.31 ลิมิตสวิตช์สาหรับคันเร่ง ................................................................................................ 28 รูปที่ 2.32 เซนเซอร์ตรวจจับโลหะ ................................................................................................ 28 รูปที่ 2.33 Arduino UNO R3 ....................................................................................................... 29 รูปที่ 2.34 จอแสดงผล LCD ........................................................................................................... 29 รูปที่ 2.35 แบตเตอรี่ Li-ion 5 โวลต์ .............................................................................................. 29 รูปที่ 3.1 โครงรถแบบที่ 1 ............................................................................................................... 33 รูปที่ 3.2 โครงรถแบบที่ 2 ............................................................................................................... 33 รูปที่ 3.3 โครงรถแบบที่ 3 ............................................................................................................... 34 รูปที่ 3.4 โครงรถแบบที่ 4 ............................................................................................................... 34 รูปที่ 3.5 การกระจายแรงของน้าหนักรถบนเนิน ............................................................................. 37 รูปที่ 3.6 Free Body Diagram ในการคานวณแรงที่เฟืองโซ่ .......................................................... 39 รูปที่ 3.7 ระยะในการติดตั้งอุปกรณ์ที่เพลาหลัง ............................................................................... 40 รูปที่ 3.8 Free Body Diagram ในการคานวณ............................................................................... 40 รูปที่ 3.9 Shear Force Diagram ในแกน Z ................................................................................. 41 รูปที่ 3.10 Moment Diagram ในแกน Z....................................................................................... 41 รูปที่ 3.11 ขนาดของเพลาที่เลือกใช้ ................................................................................................ 42 รูปที่ 3.12 ตาแหน่งการวางอุปกรณ์ต่างๆ ของรถไฟฟ้าขนาดเล็ก .................................................... 43 รูปที่ 3.13 ตัดเหล็กให้รับมุมกันเพื่อเพิ่มระยะของรอยเชื่อม ............................................................ 44 รูปที่ 3.14 ใช้ฉากเชื่อมเพื่อให้การเชื่อมโครงรถมีความสมมาตร ....................................................... 44 รูปที่ 3.15 ใช้การเจียร์เพื่อเก็บรอยเชื่อมให้เรียบร้อย ....................................................................... 45 รูปที่ 3.16 เจาะรูยึด U-Bearing ...................................................................................................... 45 รูปที่ 3.17 ติดตั้งเพลาหลังและล้อเข้ากับโครงรถ ทาการวัดระยะเพื่อทาปีกนก................................ 46 รูปที่ 3.18 สร้างตัวยึดปีกนก ........................................................................................................... 46 รูปที่ 3.19 เชื่อมตัวยึดปีกนกเข้ากับโครงรถ ..................................................................................... 47 รูปที่ 3.20 ตัวยึดให้กับคันชักคันส่งของระบบเลี้ยว .......................................................................... 47 รูปที่ 3.21 เชื่อมตัวยึดให้กับคันชักคันส่งของระบบเลี้ยว .................................................................. 48 รูปที่ 3.22 วัดมุมของพวงมาลัยให้สามารถนั่งจับได้ถนัดมือ ............................................................. 48 10 รูปที่ 3.23 ตัวยึดลูกปืนพวงมาลัยและเจียร์บริเวณที่ติดกับกระบอกลูกปืน ....................................... 49 รูปที่ 3.24 วัดมุมของพวงมาลัยให้สามารถนั่งจับได้ถนัดมือ ............................................................. 49 รูปที่ 3.25 ติดตั้งเบาะนั่งคนขับ ....................................................................................................... 50 รูปที่ 3.26 ใช้สีทากันสนิมที่ใช้กับเหล็ก ............................................................................................ 50 รูปที่ 3.27 แผ่นเหล็กยึดคาลิปเปอร์เบรกเชื่อมยึดกับคานตาแหน่งท้ายสุดของโครงรถ ..................... 51 รูปที่ 3.28 คานยึดแผ่นเหล็กยึดคาลิปเปอร์เบรก ............................................................................. 51 รูปที่ 3.29 เชื่อมแผ่นเหล็กยึดปั๊มเบรกเข้ากับโครงรถ ตาแหน่งข้างคนขับ ........................................ 52 รูปที่ 3.30 นาเหล็กกลมมาเจาะรูและทาการต๊าปเกลียว .................................................................. 52 รูปที่ 3.31 เหล็กกลมอีกฝั่งทาการกลึงปอกและทาการดายเกลียว ................................................... 53 รูปที่ 3.32 เชื่อมแผ่นเหล็กกับแป้นเบรกเข้าด้วยกันและเจาะรูยึดกับโครงรถ .................................... 53 รูปที่ 3.33 กลึงตัวบูชขึ้นเพื่อยึดตาแหน่งของแป้นเบรกให้คงที่และลดแรงเสียดทาน ........................ 54 รูปที่ 3.34 เชื่อมแผ่นเหล็กและติดตั้งคันเร่งไฟฟ้า ............................................................................ 54 รูปที่ 3.35 รูปภาพเขียนแบบของอุปกรณ์รองรับมอเตอร์ ................................................................. 55 รูปที่ 3.36 ปรับตั้งแนวศูนย์ให้โซ่กับสเตอร์หลังอยู่ในตาแหน่งร่วมศูนย์ ............................................ 55 รูปที่ 3.37 เชื่อมเหล็กตัวรองรับมอเตอร์ .......................................................................................... 56 รูปที่ 3.38 เชื่อมเหล็กรองรับเพื่อเป็นที่วางกล่องเก็บอุปกรณ์ ........................................................... 56 รูปที่ 3.39 ทากล่องเก็บอุปกรณ์จากวัสดุกระจกอะคริลิค................................................................. 57 รูปที่ 3.40 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 1 ต้นกาลังของระบบ........................................................................... 58 รูปที่ 3.41 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 2 กล่องคอนโทรล ............................................................................... 59 รูปที่ 3.42 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 3 Arduino ......................................................................................... 60 รูปที่ 3.43 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 4 รีเลย์และเซนเซอร์ ........................................................................... 61 รูปที่ 3.44 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 5 รีเลย์และคอนเวอร์เตอร์ .................................................................. 62 รูปที่ 3.45 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 6 จอ LCD และคันเร่งไฟฟ้า ................................................................ 63 รูปที่ 3.46 อุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดสาหรับรถไฟฟ้า ............................................................................. 64 รูปที่ 3.47 ใช้ F-clamp เพื่อล็อคตาแหน่งของโครงรถ .................................................................... 67 รูปที่ 3.48 ตัวยึดปีกนกตัวใหม่เมื่อเปรียบเทียบขนาดกับตัวยึดปีกนกตัวเก่า .................................... 68 รูปที่ 3.49 เพลาสอดผ่านตัวยึดปีกนก ............................................................................................. 68 รูปที่ 4.1 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 1 ............. 69 รูปที่ 4.2 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 1 ............................................................................ 69 รูปที่ 4.3 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 2 ............. 70 11 รูปที่ 4.4 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 2 ............................................................................ 70 รูปที่ 4.5 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 3 ............. 71 รูปที่ 4.6 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 3 ............................................................................ 71 รูปที่ 4.7 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 4 ............. 72 รูปที่ 4.8 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 4 ............................................................................ 72 รูปที่ 4.9 กราฟความเร็วสูงสุดขณะทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ .................................... 74 รูปที่ 4.10 กราฟระยะทางขณะทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ .......................................... 74 รูปที่ 4.11 กราฟความเร็วสูงสุดขณะทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ............................. 75 รูปที่ 4.12 กราฟระยะทางขณะทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% .................................... 75 รูปที่ 4.13 ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลออกจากมอเตอร์ขณะปล่อยคันเร่ง ................................................... 76 รูปที่ 4.14 ค่าแบตเตอรี่และแรงดันชาร์จพลังงานกลับ ทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ...... 77 รูปที่ 4.15 ค่าแบตเตอรี่และแรงดันชาร์จพลังงานกลับ ทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% . 78 รูปที่ 4.16 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ............................................. 79 รูปที่ 4.17 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งแบบไม่มีการการชาร์จพลังงานกลับ....................................... 80 รูปที่ 4.18 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 2 กิโลเมตรแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ... 82 รูปที่ 4.19 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 2 กิโลเมตรแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ ....... 82 รูปที่ 4.20 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 5 กิโลเมตรแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ... 83 รูปที่ 4.21 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 5 กิโลเมตรแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ ....... 84 12 บทที่ 1 บทนา 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงานวิศวกรรม ปัจจุบันมนุษย์หันมาให้ความสนใจปัญหาภาวะโลกเดือดกันมากขึ้นและหาวิธีการต่างๆเพื่อช่วย ลดปัญหาภาวะโลกเดือด หนึ่งในวิธีเหล่านั้นคือการหันมาใช้รถไฟฟ้าเพื่อช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือน กระจกสู่บรรยากาศ โดยผลสารวจในปี 2566 พบว่าจานวนรถไฟฟ้าที่จดทะเบียนสูงขึ้น 11 เปอร์เซ็นต์ จากปี 2565 แต่ในจานวนรถไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นส่วนใหญ่จะเป็นรถไฟฟ้าประเภทไฮบริด (Hybrid Electric Vehicle หรือ HEV) ซึ่งเป็นรถที่ใช้ทั้งไฟฟ้าและน้ามันในการขับเคลื่อน สะท้อนให้ เห็นว่าผู้ใช้รถยังไม่ไว้วางใจรถไฟฟ้าประเภท (Battery Electric Vehicle หรือ BEV) ที่เป็นรถที่ใช้ ไฟฟ้า 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเกิดได้จากหลายสาเหตุเช่น จุดชาร์จแบตเตอรี่ยังไม่เพียงพอ ราคาที่สูง ฯลฯ ดังนั้นกลุ่มของเราจึงได้มีความสนใจที่จะออกแบบและสร้างรถไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อให้ความรู้เรื่องการ ทางานเบื้องต้นและการประหยัดพลังงานจากการใช้ระบบ (Regenerative Braking) ในรถยนต์ไฟฟ้า 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1. เพื่อศึกษาการออกแบบรถขนาดเล็ก 2. เพื่อศึกษาระบบการทางานของรถไฟฟ้า 3. เพื่อศึกษาการทางานของระบบเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง 4. เพื่อทาการทดสอบประสิทธิภาพของระบบเบรก 1.3 กลุ่มเป้าหมาย กลุ่มผู้ใช้รถไฟฟ้า กลุ่มผู้สนใจพลังงานสะอาด หรือ ผู้ที่ต้องการศึกษาระบบเบรกแบบ รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง 1.4 ขอบเขต 1. ออกแบบโครงสร้างรถไฟฟ้า 2. ศึกษาและเลือกระบบขับเคลื่อนที่เหมาะสมกับการใช้งาน 3. ทาการใช้โปรแกรมจาลองกับตัวโครงรถ 4. ดาเนินการสร้างและทดสอบ 1 1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ ได้รับความรู้ด้านการสร้างและออกแบบรถไฟฟ้าขนาดเล็ก รวมถึงรู้ถึงการทางานแบบย่อยของ ระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง 1.6 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าต้องใช้ - โครงรถ - ระบบเลี้ยว - ล้อขนาด 13 นิ้ว 4 ล้อ - มอเตอร์และกล่องควบคุม - ชุดเพลาหลัง - ตัวแปลงสัญญาณแอนะล็อก - แบตเตอรี่ - เบาะนั่ง รวม 1.7 แผนการดาเนินงาน ตารางที่ 1.1 แผนการดาเนินงานในการทาโครงงาน 1 600 1,250 3,200 7,200 1,600 5,700 3,000 300 บาท บาท บาท บาท บาท บาท บาท บาท 22,850 บาท จากตารางที่ 1.1 แผนการดาเนินงานในการทาโครงงานมี 4 Phase ดังนี้ 1. Phase 1 หรือ Proposal ศึกษาหาข้อมูลประเภทส่วนประกอบที่ใช้ในรถไฟฟ้าและการ ทางานของรถไฟฟ้า โดยศึกษาจากตัวอย่างรถไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก ศึกษาวิธีการเลือกส่วนประกอบ ต่างๆ ที่ใช้ในรถไฟฟ้า ให้เหมาะสมกับงบประมาณ รวมถึงการเปรียบเทียบความแตกต่างของอุปกรณ์ ที่นามาประกอบ ข้อดีข้อเสียของมอเตอร์แต่ละประเภท แบบโครงรถที่นามาประยุกต์ใช้ ระบบการนา พลังงานกลับมาใช้ใหม่ และ มาตรฐานการทดสอบ เป็นต้น 2. Phase 2 หรือ Progress 1 ศึกษาเงื่อนไขการออกแบบ มาตรฐาน ข้อกาหนด และ นามา เปรียบเทียบความเหมาะสมในการสร้างโครงของจริง 3. Phase 3 หรือ Progress 2 โดย Phase 2 และ Phase 3 เป็นกระบวนการที่ดาเนินการ ควบคู่กัน ในส่วนของ Phase 3 นั้นจะเป็นการนาแบบโครงจาก Phase 2 มาพัฒนาให้เป็นไปตาม มาตรฐาน และข้อกาหนดการออกแบบที่กาหนดไว้ เมื่อผ่านกระบวนการออกแบบแล้วจึงดาเนิน การทดสอบโดยใช้โปรแกรมจาลอง (Simulation) ผ่านโปรแกรม SolidWorks 4. Phase 4 หรือ Final ดาเนินการสร้างตัวโครงรถ รวมถึงประกอบชิ้นส่วนอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้ พร้อมสาหรับการทดสอบ สรุปผลและดาเนินการจัดทาเล่มปริญญานิพนธ์ ตารางที่ 1.2 แผนการดาเนินงานใน Phase 1 2 ตารางที่ 1.3 แผนการดาเนินงานใน Phase 2 3 ตารางที่ 1.4 แผนการดาเนินงานใน Phase 3 4 ตารางที่ 1.5 แผนการดาเนินงานใน Phase 4 ตารางที่ 1.6 หน้าที่ผู้รับผิดชอบแต่ละ Phase 5 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ในการออกแบบและสร้างรถไฟฟ้าขนาดเล็กให้มีประสิทธิภาพและสอดคล้องตามวัตถุประสงค์ ที่กาหนดไว้ จาเป็นต้องดาเนินการศึกษาค้นคว้าข้อมูลเบื้องต้นอย่างเป็นระบบก่อนเข้าสู่กระบวนการ ออกแบบและสร้างจริง โดยเริ่มจากการศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้อง เพื่อวิเคราะห์แนวทางในการ ออกแบบโครงสร้างตัวถังรถ ระบบส่งกาลัง ระบบช่วงล่าง ตลอดจนมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับงานวิจัย ในด้านดังกล่าว เพื่อนาข้อมูลที่ได้มาประยุกต์ใช้ให้เหมาะสมกับโครงงานออกแบบและสร้างรถไฟฟ้า ขนาดเล็กนี้ อันจะส่งผลให้โครงงานสามารถดาเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพและเป็นไปตาม เป้าหมายที่วางไว้ 2.1 งานวิจัยและผลิตภัณฑ์ที่เกีย่ วข้อง 2.1.1 รถสี่ล้อไฟฟ้า รุ่น CITY CAR 2024 รูปที่ 2.1 รถไฟฟ้าขนาดเล็ก รุ่น CITY CAR 2024 [1] เป็นรถไฟฟ้าถูกนาเข้าจากประเทศจีน โดยเป็นรุ่น Mini City Car มีโครงสร้างตัวถัง เบาะที่นั่ง และยังเดินกาลังด้วยพลังงานไฟฟ้า ตัวรถมีขนาดเล็กกะทัดรัด ใช้เวลาชาร์จแบตเตอรี่โดยประมาณ 3-6 ชั่วโมง โดยสปีดความเร็วจะอยู่ที่ 30 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งสามารถจะวิ่งได้ทั้งระยะใกล้และ ระยะไกล มีข้อดี และข้อเสีย ดังตารางที่ 2.1 ตารางที่ 2.1 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของรถสี่ล้อไฟฟ้า รุ่น CITY CAR 2024 ข้อดี เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ประหยัดค่าใช้จ่ายในการเติมพลังงาน การออกแบบทันสมัย เป็นรถไฟฟ้าทีม่ีราคาถูก ข้อเสีย ระยะทางที่จากัด เวลาในการชาร์จ ไม่มีระบบปรับอากาศ ความสามารถในการบรรทุกโหลดน้อย 6 2.1.2 การควบคุมความเร็วระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรก ในรถไฟฟ้าขนาดเล็กที่ใช้มอเตอร์ดุมล้อ รูปที่ 2.2 มอเตอร์ Brushless แบบดุมล้อ [2] การวิจัยเป็นการศึกษาเกี่ยวกับการใช้มอเตอร์ดุมล้อ ( In-wheel motor ) ที่สามารถดัดแปลง ชุดควบคุมมอเตอร์ให้สามารถทาเป็นรีเจนเนอเรทีฟเบรก ได้โครงสร้างภายในจะประกอบด้วยชุด ขดลวดที่ติดอยู่กับดุมล้อที่ไม่มีการเคลื่อน มีแม่เหล็กถาวรติดอยู่กับล้อโดยรอบโดยวางขั้วเหนือสลับขั้ว ใต้ไปตามเส้นรอบวง เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้ขดลวดเป็นห้วง ๆ จะทาให้แม่เหล็กถาวรหมุนโดยรอบ ชุดขดลวด จากโครงสร้างดังกล่าวฮับมอเตอร์สามารถเป็นเครื่องกาเนิดกระแสไฟฟ้าได้ขณะที่รถกาลัง เคลื่อนที่ แม่เหล็กถาวรของมอเตอร์จะเคลื่อนที่รอบๆ ขดลวด การเคลื่อนที่ของแม่เหล็กถาวรจะทาให้ สนามแม่เหล็กที่กระทากับขดลวดเปลี่ยนแปลง ซึ่งจะเหนี่ยวนาทาให้เกิดกระแสไฟฟ้าภายในขดลวด กระแสไฟฟ้าที่ได้สามารถนาไปสะสมไว้ที่ตัวเก็บประจุหรือนาไปชาร์จแบตเตอรี่ได้ ตารางที่ 2.2 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของมอเตอร์ดุมล้อ ข้อดี การสูญเสียในระบบส่งกาลังน้อย ดัดแปลงเป็นรีเจนเนอเรทีฟเบรกได้ง่าย น้าหนักเบา ข้อเสีย ราคาสูง ซ่อมบารุงได้ยาก ต้องมีระบบกันสะเทือน 7 2.1.3 การออกแบบและวิเคราะห์รถโกคาร์ทไฟฟ้า รูปที่ 2.3 ตัวอย่างการออกแบบโครงรถโกคาร์ทไฟฟ้า [3] รถโกคาร์ทไฟฟ้าเป็นรถโกคาร์ทที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่จ่ายไฟเข้าโดยตรงที่มอเตอร์ ขับเคลื่อน หมุนเพื่อสร้างแรงขับเคลื่อนให้รถ ซึ่งมีข้อดีและข้อเสียดังตารางที่ 2.3 ตารางที่ 2.3 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของรถโกคาร์ทไฟฟ้า ข้อดี เสียงเงียบไม่รบกวนผู้อื่น ปลอดมลพิษทางอากาศ แรงบิดสูง การบารุงรักษาง่าย ข้อเสีย วิ่งระยะทางสั้นๆ แบตเตอรี่ต้องมีขนาดใหญ่และน้าหนักมาก ค่าใช้จ่ายด้านแบตเตอรี่สูง โครงรถสร้างได้ยาก ความเร็วปลายต่า 8 2.1.4 มอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน รูปที่ 2.4 การวัดค่าไฟฟ้าที่ได้จากมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน [4] มอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน เป็นอุปกรณ์ที่สามารถทางานทั้งในฐานะของแหล่ง กาลังขับเคลื่อนและเครื่องกาเนิดไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการของ การเหนี่ยวนาแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็น พื้นฐานของการเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า หลักการเหนี่ยวนาแรงดันไฟฟ้า เมื่อโรเตอร์ของมอเตอร์ BLDC หมุนผ่านสนามแม่เหล็กถาวร จะเกิดการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ตัดผ่านขดลวดสเตเตอร์ ส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้า เหนี่ยวนาขึ้นในขดลวดตาม กฎของฟาราเดย์ (Faraday’s Law of Induction) ซึ่งระบุว่า อัตราการ เปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ตัดผ่านตัวนาไฟฟ้าจะทาให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนา โดยพื้นฐานแล้ว มอเตอร์ BLDC มีโครงสร้างที่คล้ายกับเครื่องกาเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งใช้ แม่เหล็กถาวรเป็นแหล่งสร้างสนามแม่เหล็ก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดสเตเตอร์จะอยู่ในรูป ของไฟฟ้ากระแสสลับ แม้ว่ามอเตอร์ BLDC จะได้รับการออกแบบให้ใช้งานร่วมกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า กระแสตรงก็ตาม การแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรง เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นไฟฟ้า กระแสสลับ การนาไปใช้งานจาเป็นต้องมี วงจรเรียงกระแส เพื่อทาหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งสามารถนาไปใช้งานโดยตรง หรือเก็บสารองในแบตเตอรี่สาหรับจ่ายพลังงาน ในภายหลัง [5] 9 2.1.5 การทางานของระบบ รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง รูปที่ 2.5 ระบบ รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง [6] การผลิตไฟฟ้าถึงแม้จะเป็นการผลิตจากแหล่งต่างๆ ในส่วนใหญ่ไม่ว่าจะเป็น พลังงานลม และ น้า ต่างก็ใช้พลังงานดังกล่าวในการหมุนชิ้นส่วนของแหล่งกาเหนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และ หลักการของเทคโนโลยี รีเจอเนอเรทีฟเบรกกิ่ง ก็ใช้หลักการเดียวกัน โดยการไม่ใช้การเบรกจาก หน้าสัมผัส 2 ชิ้น มากดเพื่อสร้างแรงเสียดทานในการเบรกอีกต่อไป แต่จะให้แรงเสียดทานที่เกิดจาก หลักการของเครื่องปั่นไฟฟ้ามาเพื่อชะลอความเร็วของรถแทน รูปที่ 2.6 ทิศทางการทางานของมอเตอร์ที่ใช้ในระบบ รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง [7] หลักการการทางานจะเป็นหลักการที่ตรงกันข้ามกับการใช้พลังงานไฟฟ้ามาหมุนล้อ โดย รีเจอเนอเรทีฟเบรกกิ่ง นี้จะใช้การหมุนของล้อเป็นการสร้างกระแสไฟฟ้ากลับสู่ระบบ และในขณะที่ เกิดการสร้างไฟฟ้าจากการหมุนนั้นจะล้อจะค่อยๆ มีแรงต้านมากขึ้นเนื่องจากการสร้างกระแสไฟฟ้า ทาให้ตัวรถลดความเร็วลงได้ ส่วนกระแสไฟก็จะกลับไปสู่แบตเตอรี่เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนต่อไป 10 2.2 การศึกษาส่วนประกอบของรถและระบบไฟฟ้า ส่วนประกอบพื้นฐานของรถโกคาร์ทไฟฟ้าโดยทั่วไปจะประกอบไปด้วย โครงเหล็กที่เป็นฐาน หลักของโกคาร์ท ซึ่งรองรับน้าหนักของรถ มีพวงมาลัยใช้ในการควบคุมทิศทางของโกคาร์ท โดยมีล้อ หน้าเป็นตัวปรับทิศทาง มีระบบเบรกใช้หยุดหรือชะลอความเร็วของโกคาร์ท มีล้อและยางสาหรับ สัมผัสกับพืน้ ถนนเพื่อขับเคลื่อนรถให้เคลื่อนที่ และมีที่นั่งสาหรับให้คนขับ รูปที่ 2.7 ส่วนประกอบพื้นฐานของรถโกคาร์ทไฟฟ้า 2.2.1 โครงรถ รูปที่ 2.8 ตัวอย่างโครงรถของรถโกคาร์ท โครงรถของรถโกคาร์ทไฟฟ้ามีบทบาทสาคัญในการรองรับส่วนประกอบต่าง ๆ และให้ความ แข็งแรงกับรถ โดยปกติแล้วโครงรถโกคาร์ทไฟฟ้าจะมีองค์ประกอบหลักดังนี้ 11 1. วัสดุของโครงรถ เหล็ก SS400 คือ เหล็กกล้ารีดร้อน ขึ้นรูปลักษณะต่าง ๆ ในอุตสาหกรรม เช่น ชนิดม้วน แผ่นแถบแผ่นหนา และแผ่นบาง สาหรับงานโครงสร้างทั่วไป เป็นหนึ่งในเกรดเหล็กพื้นฐานที่ ได้รับความนิยมในการใช้งานสูงสุดเนื่องด้วยราคาที่ถูกและหาได้ง่ายในท้องตลาด ด้วยสาเหตุนี้ กลุ่มเราถึงเลือกใช้เหล็กเกรดนี้ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรม มอก.1479-2541 และ มาตรฐานอุตสาหกรรมญี่ปุ่น JIS G 3101-20042. โครงสร้างพืน้ ฐาน เป็นโครงสร้างแบบเปิด หรือ Open frame ที่มีการวางส่วนประกอบต่างๆ เช่น เบาะนั่ง แป้นเบรก และระบบบังคับเลี้ยว โครงสร้างนี้จะต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะรองรับแรง จากการขับขี่โดยเฉพาะเมื่อมีการเข้าโค้งหรือการเบรกอย่างรุนแรง 3. ตาแหน่งแบตเตอรี่และมอเตอร์ แบตเตอรี่และมอเตอร์จะถูกติดตั้งบนโครงรถในตาแหน่งที่ไม่รบกวนการกระจาย น้าหนัก โดยปกติแบตเตอรี่จะถูกติดตั้งใกล้กับฐานของโครงเพื่อให้มีศูนย์ถ่วงต่าและช่วยในการ ควบคุมรถได้ดีขึ้น 4. จุดติดตั้งระบบบังคับเลี้ยว โครงรถจะมีส่วนที่ถูกออกแบบมาเฉพาะสาหรับติดตั้งพวงมาลัยและระบบบังคับเลี้ยว ซึ่งต้องการความแม่นยาสูงเพื่อการควบคุมทิศทางของรถ 2.2.2 ระบบบังคับเลี้ยว รูปที่ 2.9 ส่วนประกอบของระบบบังคับเลี้ยว [8] ระบบบังคับเลี้ยวของรถโกคาร์ทไฟฟ้าเป็นส่วนสาคัญที่ทาให้ผู้ขับสามารถควบคุมทิศทางการ เคลื่อนที่ของรถได้ ระบบนี้มักออกแบบให้เรียบง่ายและมีความทนทานสูง เนื่องจากโกคาร์ทมักใช้งาน ในกิจกรรมที่ต้องการความคล่องตัวและความเร็วสูง ระบบบังคับเลี้ยวของรถโกคาร์ทไฟฟ้า ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังนี้ 12 1. พวงมาลัย เป็นส่วนที่ผู้ขับใช้ในการควบคุมทิศทางของรถ โดยพวงมาลัยของโกคาร์ทมักจะมีขนาด เล็ก และเรียบง่าย เพื่อให้การหมุนและการตอบสนองมีความรวดเร็ว 2. แกนพวงมาลัย เป็นแกนที่เชื่อมต่อพวงมาลัยกับระบบบังคับเลี้ยวของล้อ โดยแกนนี้จะหมุนตาม การหมุนของพวงมาลัย และส่งแรงหมุนไปยังชุดเกียร์หรืออุปกรณ์ที่ควบคุมล้อหน้า 3. ชุดแขนควบคุม ชุดแขนควบคุมเชื่อมต่อกับแกนพวงมาลัยและล้อหน้าของรถ เพื่อเปลี่ยนการหมุนของ แกนพวงมาลัยไปเป็นการหมุนล้อ การออกแบบชุดแขนควบคุมนี้ต้องให้การตอบสนองที่แม่นยา และควบคุมได้ง่าย 4. ระบบการเชื่อมโยง ระบบนี้เชื่อมต่อกับชุดแขนควบคุมและล้อหน้าของรถโกคาร์ท โดยมีหน้าที่ในการ ถ่ายทอดการเคลื่อนไหวจากพวงมาลัยไปยังล้อ ทาให้ล้อหมุนไปในทิศทางที่ต้องการ 5. คิงพิน คิงพินคือแกนที่ล้อหน้าของรถโกคาร์ทหมุนรอบเมื่อมีการบังคับเลี้ยว คิงพินนี้มักอยู่ ในตาแหน่งใกล้กับส่วนบนของล้อหน้าและจะช่วยให้ล้อหมุนได้อย่างนุ่มนวลและมีเสถียรภาพ 6. มุมแคสเตอร์ มุมแคสเตอร์เป็นมุมที่ตั้งของแกนบังคับเลี้ยว ซึ่งมีผลต่อการควบคุมรถ ถ้าค่ามุมแคสเตอร์ถูกปรับให้เหมาะสม จะช่วยให้พวงมาลัยคืนตาแหน่งเดิมอัตโนมัติหลังจาก การเลี้ยว ช่วยในการรักษาเสถียรภาพของรถ 13 2.2.3 ระบบเบรก รูปที่ 2.10 ส่วนประกอบหลักของเบรก [9] ระบบเบรกของรถโกคาร์ทไฟฟ้าเป็นส่วนสาคัญที่ช่วยให้ผู้ขับสามารถหยุดรถหรือชะลอ ความเร็วได้อย่างปลอดภัย โดยระบบเบรกที่ใช้ในโกคาร์ทมักจะถูกออกแบบให้เรียบง่ายและมีความ ทนทานต่อการใช้งานหนัก ระบบเบรกของโกคาร์ทไฟฟ้ามีองค์ประกอบหลักดังนี้ 1. ดิสก์เบรก มักใช้กับรถโกคาร์ทไฟฟ้า เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการหยุดรถได้ ดีและทนทานต่อ ความร้อน ดิสก์เบรกทางานโดยใช้คาลิปเปอร์กดผ้าเบรกลงบนจานเบรกที่ติดอยู่กับล้อ 2. คาลิปเปอร์เบรก คาลิปเปอร์เบรกเป็นส่วนที่ทาหน้าที่กดผ้าเบรกลงบนจานเบรกเมื่อผู้ขับเหยียบแป้น เบรก ในระบบดิสก์เบรก คาลิปเปอร์เบรกจะติดตั้งอยู่ที่ล้อหลังหรือทั้งล้อหน้าและหลัง ( ใน บางรุ่น ) ซึ่งการทางานของคาลิปเปอร์เบรกต้องมีความแม่นยาและตอบสนองรวดเร็ว 3. แป้นเบรก แป้นเบรกคือส่วนที่ผู้ขับใช้เหยียบเพื่อทาให้ระบบเบรกทางาน โดยการเหยียบแป้นเบรก จะส่งแรงผ่านระบบไฮดรอลิกหรือกลไกไปยังคาลิปเปอร์ ทาให้ผ้าเบรกกดลงบนจานเบรกและ ลดความเร็วของรถ 4. ระบบไฮดรอลิก ระบบไฮดรอลิกจะใช้ของเหลว น้ามันเบรก เพื่อส่งแรงจากแป้นเบรกไปยังคาลิปเปอร์ ของเบรก ในโกคาร์ทที่มีประสิทธิภาพสูง การใช้ระบบไฮดรอลิกจะช่วยให้การเบรกมีความ นุ่มนวลและแม่นยามากขึ้น 14 5. ผ้าเบรก ผ้าเบรกคือส่วนที่ทาหน้าที่สัมผัสกับจานเบรกเมื่อมีการเบรก ผ้าเบรกที่ดีจะต้องมีความ ทนทานต่อความร้อน และไม่สึกหรอง่ายเมื่อใช้งานบ่อยครั้ง 2.2.4 ระบบส่งกาลัง รูปที่ 2.11 ชุดเพลาหลังที่ใช้ในระบบส่งกาลังของรถโกคาร์ท [10] ระบบส่งกาลัง ของรถโกคาร์ทไฟฟ้ามีบทบาทในการถ่ายทอดกาลังจากมอเตอร์ไฟฟ้าไปยังล้อ ขับเคลื่อน ทาให้รถเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รถโกคาร์ทไฟฟ้ามักมีระบบส่งกาลังที่ออกแบบมา ให้เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับรถยนต์ทั่วไป เนื่องจากต้องการการ ตอบสนองที่รวดเร็วและการบารุงรักษาที่ต่า ระบบส่งกาลังของโกคาร์ทไฟฟ้ามีองค์ประกอบหลัก ดังนี้ 1. ระบบส่งกาลังแบบตรง โกคาร์ทไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้ระบบส่งกาลังแบบตรง ซึ่งหมายถึงการส่งกาลังจากมอเตอร์ ไฟฟ้าไปยังล้อขับเคลื่อนโดยตรง โดยไม่ต้องผ่านชุดเกียร์ที่ซับซ้อน ทาให้การบารุงรักษาง่ายขึ้น และการตอบสนองต่อการเร่งความเร็วรวดเร็ว ระบบนี้เหมาะสาหรับโกคาร์ทที่ใช้ในการแข่งขัน หรือการขับขี่ในระยะสั้น 2. ระบบเกียร์เดี่ยว รถโกคาร์ทไฟฟ้าส่วนมากมักใช้ระบบเกียร์เดี่ยวที่ไม่มีการเปลี่ยนเกียร์ ระบบนี้ง่ายต่อ การออกแบบ และมีความน่าเชื่อถือสูง ทาให้ผู้ขับไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนเกียร์ และ สามารถมุ่งเน้นไปที่การขับขี่ได้อย่างเต็มที่ 15 3. โซ่และเฟือง โซ่ คือตัวขับเคลื่อนในการส่งกาลังไปที่ล้อหลัง สเตอร์ คือเฟืองที่ติดกับโซ่มีลักษณะเป็นซี่ เหมือนกับรถจักยานแต่ในรถมอเตอร์ไซค์ก็มีเช่นกัน แบ่งเป็น เฟืองขับ (คือเฟืองหน้า ขับโซ่) และ เฟืองตาม (คือเฟืองหลัง ส่งกาลังจากโซ่ไปยังล้อ) ส่วนสเตอร์แบ่งเป็น สเตอร์หน้าและสเตอร์หลัง ซึ่งสเตอร์หน้าจะเล็กกว่าสเตอร์หลัง สเตอร์หน้า จะติดกับชุดคลัชเครื่องยนต์ (รับกาลังมาจากคลัช) แล้วดึงโซ่ ให้หมุนพาเอาสเตอร์ หลังซึ่งติดล้อ หมุนตามกันไปทาให้ล้อหมุน รถจึงวิ่งได้ รูปที่ 2.12 ตาแหน่งสเตอร์หน้า–หลังประกอบกับตัวโซ่ [35] - การเลือกเบอร์โซ่สเตอร์ เราจะเริ่มพูดถึงเลขตัวแรกของรหัสโซ่กันก่อน "4XX 5XX" เลขตัวแรกสื่อสาร เป็นเลขที่ แสดงระยะห่างของสลักโซ่ โดยเลย 4XX คือมีสลักห่างกัน 4 หุน (4/8 นิ้ว) และ 5XX แทน ระยะห่างสลักที่ 5 หุน (5/8 นิ้ว) มาต่อกันที่เลข 2 ตัวหลังของรหัสโซ่ "X20 X25 X30" คือ เลขที่บ่งบอกระยะห่างของ ข้อประกบโซ่ด้านใน มีหน่วยเป็น หุน เหมือนเลขตัวแรก เช่น X20 คือมีระยะห่างของข้อประกบโซ่ด้านในอยู่ที่ 2.0 หุน (2.0/8 นิ้ว) และ X25 คือมีระยะห่างของ ข้อประกบโซ่ด้านในอยู่ที่ 2.5 หุน (2.5/8 นิ้ว) ซึ่งการใช้งานจะแตกต่างกันออกไป ตามลักษณะ ประเภท และกาลังเครื่องยนต์ของรถ โดยค่าประมาณเบอร์โซ่คร่าวๆ จะเป็นลักษณะดังนี้ รูปที่ 2.13 การดูเบอร์โซ่สเตอร์ [36] 16 - โซ่เบอร์ 428 ใช้สาหรับ รถมอเตอร์ไซค์ทั่วไป/รถสปอร์ต 125-150 cc - โซ่เบอร์ 520 ใช้สาหรับ รถมอเตอร์ไซค์สปอร์ต 250-500cc" - โซ่เบอร์ 525 ใช้สาหรับ รถมอเตอร์ไซค์สปอร์ต/บิ๊กไบค์ 650-1000cc" - โซ่เบอร์ 530 ใช้สาหรับ รถมอเตอร์ไซค์คลาสสิคขนาดใหญ่/บิ๊กไบค์ 900-1300cc" 4. อัตราทดเกียร์ การเลือกอัตราทดเกียร์เป็นสิ่งสาคัญในการออกแบบระบบส่งกาลังของโกคาร์ทไฟฟ้า อัตราทดเกียร์ที่เหมาะสมจะช่วยให้รถมีการเร่งความเร็วที่ดี และยังคงรักษาความเร็วสูงสุดได้ อย่างมีประสิทธิภาพ การปรับอัตราทดเกียร์สามารถทาได้โดยการเปลี่ยนขนาดของเฟืองใน ระบบโซ่และเฟือง 5. มอเตอร์ไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่าน มอเตอร์ไฟฟ้าแบบไร้แปรงถ่านมักใช้ในโกคาร์ทไฟฟ้า เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง การ บารุงรักษาต่า และสามารถให้แรงบิดที่สูงได้ทันทีเมื่อเริ่มต้น มอเตอร์ชนิดนี้ช่วยให้การส่งกาลัง ไปยังล้อขับเคลื่อนมีความราบรื่นและมีประสิทธิภาพสูง 6. ระบบขับเคลื่อนล้อหลัง โกคาร์ทส่วนใหญ่ใช้ระบบขับเคลื่อนล้อหลัง โดยมอเตอร์ไฟฟ้าจะส่งกาลังไปยังล้อหลัง เพื่อขับเคลื่อนรถ ระบบนี้ให้การควบคุมที่ดีและเสถียรภาพในการเข้าโค้ง ซึ่งเหมาะสมกับการ แข่งในสนาม 7. ระบบควบคุมมอเตอร์ ระบบควบคุมมอเตอร์ทาหน้าที่ควบคุมการส่งกาลังจากแบตเตอรี่ไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า การควบคุมนี้จะกาหนดความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ ทาให้สามารถปรับการขับขี่ได้ตาม สถานการณ์ เช่น การเร่งความเร็ว การชะลอความเร็วหรือการใช้ระบบเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟ 17 2.2.5 เบาะนั่ง รูปที่ 2.14 ตัวอย่างเบาะนั่งสาหรับรถโกคาร์ท [11] เบาะนั่งของรถโกคาร์ทไฟฟ้ามีความสาคัญต่อการให้ความสะดวกสบายและการควบคุมรถ อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะเมื่อผู้ขับต้องนั่งในตาแหน่งที่ค่อนข้างต่าและใกล้กับพื้น เบาะนั่งของ รถโกคาร์ทไฟฟ้าจะออกแบบมาเพื่อให้พอดีกับร่างกายของผู้ขับ และมีคุณสมบัติที่ช่วยให้เกิดความ สมดุลและเสถียรภาพในการขับขี่ ลักษณะสาคัญของเบาะนั่งในรถโกคาร์ทไฟฟ้ามีดังนี้ 1. วัสดุของเบาะนั่ง เบาะนั่งมักทาจากไฟเบอร์กลาสหรือพลาสติกแข็งที่มีน้าหนักเบาและแข็งแรง ซึ่งช่วยลดน้าหนักรวมของรถโกคาร์ท และยังทนทานต่อการใช้งานหนัก โดยเฉพาะ ในสนามแข่งที่ต้องการความแข็งแรงและยืดหยุ่น 2. การรองรับตัวผู้ขับ เบาะนั่งจะถูกออกแบบให้มีลักษณะที่โอบอุ้มร่างกายของผู้ขับอย่างแน่นหนา เพื่อให้ สามารถรับแรงจากการเลี้ยวและการเบรกได้ดี การที่เบาะนั่งพอดีกับตัวผู้ขับจะช่วยให้สามารถ ควบคุมรถได้อย่างมั่นคงและมีประสิทธิภาพ 3. ตาแหน่งการติดตั้ง ตาแหน่งของเบาะนั่งในรถโกคาร์ทไฟฟ้ามักจะติดตั้งอยู่ตรงกลางของโครงและ อยู่ในตาแหน่งที่ใกล้กับพื้นรถเพื่อให้มีจุดศูนย์ถ่วงต่า ช่วยให้การควบคุมรถในการเข้าโค้ง มีเสถียรภาพมากขึ้น 4. การระบายอากาศ เนื่องจากผู้ขับจะนั่งในเบาะนั่งเป็นเวลานาน เบาะบางรุ่นอาจมีช่องระบายอากาศเพื่อ ช่วยลดความร้อนและความอับชื้น ซึ่งเป็นสิ่งสาคัญในการทาให้ผู้ขับรู้สึกสบายขณะขับขี่ 18 5. การปรับเบาะนั่ง บางรุ่นของรถโกคาร์ทไฟฟ้าอาจมีเบาะนั่งที่สามารถปรับตาแหน่งได้ เพื่อให้เหมาะสมกับ ความสูงและความสะดวกสบายของผู้ขับ นอกจากนี้ การปรับตาแหน่งเบาะยังช่วยให้สามารถ ปรับสมดุลน้าหนักของรถได้ 6. ความปลอดภัย บางเบาะนั่งอาจมีการติดตั้งสายรัดนิรภัย หรือระบบล็อคอื่น ๆ เพื่อเพิ่มความปลอดภัย ในการขับขี่ โดยเฉพาะในการขับขี่ที่ความเร็วสูง 2.2.6 ล้อและยาง รูปที่ 2.15 ตัวอย่างล้อและยางสาหรับรถโกคาร์ท [12] ล้อและยางของรถโกคาร์ทไฟฟ้ามีความสาคัญในการควบคุมการเคลื่อนที่ การยึดเกาะถนน และการขับขี่ที่ปลอดภัย ล้อและยางจะต้องถูกออกแบบมาเพื่อรองรับการขับขี่ด้วยความเร็วสูงและ การเข้าโค้งอย่างแม่นยา ส่วนประกอบเหล่านี้ต้องคานึงถึงการใช้งานที่แตกต่างกันไปตามสภาพพื้นผิว ของสนามและวัตถุประสงค์ในการขับขี่ 1. วัสดุของล้อ ล้อของรถโกคาร์ทไฟฟ้ามักทาจากวัสดุที่มีน้าหนักเบาและทนทาน เช่น อะลูมิเนียม หรือ แมกนีเซียม ล้อที่มีน้าหนักเบาช่วยลดน้าหนักรวมของรถ และช่วยให้การเร่งความเร็วและการ ตอบสนองต่อการบังคับเลี้ยวดีขึ้น 19 2. ขนาดล้อ ล้อของรถโกคาร์ทมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับยานพาหนะทั่วไป โดยล้อหน้ามักมีขนาดเล็ก กว่าล้อหลัง ขนาดทั่วไปของล้อหน้าอยู่ที่ประมาณ 5-6 นิ้ว ส่วนล้อหลังอยู่ที่ประมาณ 6-7 นิ้ว ขนาดล้อเหล่านี้จะถูกปรับตามความต้องการของการขับขี่ 3. ประเภทของยาง ยางเรียบ ( Slick Tires ) : ยางเรียบใช้สาหรับสนามแข่งที่มีพื้นผิวเรียบและแห้ง ยางชนิดนี้ไม่มีร่องยางเพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับถนน ทาให้การยึดเกาะดีขึ้น ยางเรียบจะให้ ประสิทธิภาพสูงสุด เมื่อวิ่งบนพื้นผิวที่ไม่มีน้าหรือฝุ่น ยางมีดอก ( Treaded Tires ) : ยางชนิดนี้มีดอกยางและร่องเพื่อช่วยในการยึดเกาะ พื้นผิวที่ลื่น เช่น พื้นผิวที่เปียกหรือมีฝุ่น ยางมีดอกเหมาะสาหรับการขับขี่ในสภาพที่ไม่แน่นอน หรือในสนามกลางแจ้งที่สภาพอากาศเปลี่ยนแปลงได้ง่าย ยางออฟโรด ( Off-Road Tires ) : ยางออฟโรดออกแบบมาสาหรับการขับขี่ในสภาพ พื้นผิวที่ขรุขระหรือเต็มไปด้วยดินและโคลน ร่องยางลึกและแข็งแรงช่วยเพิ่มการยึดเกาะ บนพืน้ ผิวที่ไม่สม่าเสมอ 4. ความดันลมยาง การปรับความดันลมยางเป็นสิ่งสาคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของยาง ความดันที่ เหมาะสมจะช่วยให้ยางมีการยึดเกาะที่ดีและลดการสึกหรอ แต่ถ้าความดันต่าเกินไป ยางอาจยุบและทาให้ประสิทธิภาพการขับขี่ลดลง ในทางกลับกัน ความดันที่สูงเกินไป อาจทาให้ยางแข็งเกินไปและลดการยึดเกาะกับพื้นผิว 5. ความกว้างของยาง ยางที่กว้างขึ้นจะช่วยเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับพื้นผิว ส่งผลให้การยึดเกาะดีขึ้น โดยทั่วไปแล้ว ล้อหลังมักใช้ยางที่กว้างกว่าล้อหน้าเพื่อช่วยให้มีแรงยึดเกาะและแรงขับเคลื่อนที่ดีขึ้น 6. การเลือกยางตามสภาพสนาม การเลือกใช้ยางขึ้นอยู่กับสภาพของสนามแข่งหากสนามแห้งและเรียบยางเรียบจะให้ ประสิทธิภาพสูงสุดแต่หากสนามมีฝุ่นหรือเปียกการใช้ยางมีดอกจะช่วยเพิ่มความปลอดภัย ในการขับขี่ 20 7. อัตราส่วนการสึกหรอ ยางที่มีอัตราส่วนการสึกหรอต่าจะมีอายุการใช้งานนานกว่า แต่ในทางกลับกัน ยางที่เน้น ประสิทธิภาพสูง ในการแข่งอาจมีการสึกหรอเร็วกว่า ยางที่ออกแบบมาสาหรับการแข่งขัน มักจะเน้นไปที่การยึดเกาะและการตอบสนองมากกว่าความทนทาน 2.2.8 ระบบและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในโครงงาน รูปที่ 2.16 ส่วนประกอบของระบบไฟฟ้า ส่วนประกอบของระบบไฟฟ้าในระบบนี้ใช้มอเตอร์ DC Brushless 1000 วัตต์ 48 โวลต์ ควบคุมผ่านคอนโทรลเลอร์ Votol EM50-4 และใช้แหล่งพลังงานจากแบตเตอรี่ Li-ion 48 โวลต์ 50 แอมป์ นอกจากนี้ ระบบยังมีวงจรควบคุมและอุปกรณ์เสริมต่างๆ เช่น ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า DC-DC, เครื่องตัดวงจรไฟฟ้า, Analog Converter, รีเลย์ OMRON 12 VDC, ลิมิตสวิตช์สาหรับเบรกและ คันเร่ง ยังรวมถึง Arduino UNO R3 สาหรับการประมวลผลและเก็บข้อมูลจากเซ็นเซอร์ต่างๆ เช่น Proximity Sensor และแสดงผลผ่านจอ LCD i2C 21 1. มอเตอร์ DC Brushless 1000 วัตต์ แรงดัน 48 โวลต์ รูปที่ 2.17 มอเตอร์ DC Brushless [13] มอเตอร์ที่ใช้ในระบบนี้เป็นมอเตอร์กระแสตรงแบบไร้แปรงถ่านขนาด 1000 วัตต์และ ใช้แรงดันไฟฟ้า 48 โวลต์ มอเตอร์ประเภทนี้มีข้อดีหลายประการ เช่น ประสิทธิภาพสูง ให้แรงบิดที่สม่าเสมอ และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามอเตอร์แบบแปรงถ่าน เนื่องจาก ไม่มีการเสียดสีจากแปรงถ่านภายใน 2. คันเร่งไฟฟ้า คันเร่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมความเร็วของโกคาร์ท โดยทาหน้าที่ส่งสัญญาณไฟฟ้าไป ยังคอนโทรลเลอร์ของมอเตอร์ เพื่อปรับระดับกาลังไฟที่จ่ายให้กับมอเตอร์ คันเร่งในระบบนี้ ใช้เซ็นเซอร์ Potentiometer หรือ Hall Effect Sensor เพือ่ แปลงตาแหน่งของแป้นเหยียบ เป็นสัญญาณไฟฟ้า รูปที่ 2.18 คันเร่งไฟฟ้า [14] 22 3. แบตเตอรี่ Li-ion 48 โวลต์ 50 แอมป์ แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานหลักของระบบ โดยใช้แบตเตอรี่ Li-ion ซึ่งมีข้อดีคือ ความหนาแน่น พลังงานสูง น้าหนักเบา และมีอายุการใช้งานยาวนานเมื่อเทียบกับ แบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ขนาด 48 โวลต์ และความจุ 50 แอมป์ นี้สามารถจ่ายพลังงาน ให้กับมอเตอร์และอุปกรณ์เสริมอื่นๆ ได้อย่างต่อเนื่อง รูปที่ 2.19 แบตเตอรี่ Li-ion [15] 4. คอนโทรลเลอร์ Votol EM50-4 คอนโทรลเลอร์เป็นหน่วยประมวลผลหลักของระบบขับเคลื่อน ทาหน้าที่รับข้อมูลจาก คันเร่ง และควบคุมการจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์อย่างเหมาะสม คอนโทรลเลอร์รุ่น Votol EM50-4 รองรับแรงดันไฟฟ้า 48 โวลต์ และสามารถจัดการกับกระแสไฟสูงได้อย่างมี ประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังมีระบบป้องกันกระแสเกินและการลัดวงจรเพื่อความปลอดภัย รูปที่ 2.20 กล่องคอนโทรลเลอร์ Votol EM50-4 [16] 23 5. ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า DC-DC ( Step down DC to DC 48/12VDC ) อุปกรณ์ตัวนี้ทาหน้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้าจาก 48 โวลต์ เป็น 12 โวลต์ เพื่อใช้จ่าย พลังงานให้กับวงจรควบคุมและอุปกรณ์เสริมอื่นๆ เช่น รีเลย์ เซ็นเซอร์ และจอแสดงผล โดยช่วยให้ระบบไฟฟ้าทางานได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงาน รูปที่ 2.21 ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า DC-DC [17] 6. วงจรเรียงกระแส 3 เฟส 25 แอมป์ วงจรเรียงกระแสเป็นอุปกรณ์ที่ใช้แปลงไฟฟ้ากระแสสลับจากไดชาร์จหรือแหล่งจ่ายไฟ อื่นให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงในระบบนี้ใช้วงจรเรียงกระแสแบบ 3 เฟส รองรับกระแสไฟฟ้าสูงสุด 25 แอมป์ ซึ่งช่วยให้สามารถนาพลังงานจากแหล่งกาเนิดไฟฟ้ากลับมาใช้ใหม่ในระบบได้ รูปที่ 2.22 วงจรเรียงกระแส 3 เฟส [18] 24 7. เบรกเกอร์ 2 โพล 25 แอมป์ เบรกเกอร์เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและกระแสเกิน ทาหน้าที่ตัดวงจรไฟฟ้า โดยอัตโนมัติหากมีกระแสไฟฟ้าเกินค่าที่กาหนด ช่วยป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับ อุปกรณ์ไฟฟ้าในระบบ รูปที่ 2.23 เบรกเกอร์ 2 โพล [19] 8. แผงขั้วต่อไฟฟ้า แผงขั้วต่อไฟฟ้าเป็นจุดเชื่อมต่อสายไฟระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ในระบบ ช่วยให้สามารถ เดินสายไฟได้อย่างเป็นระเบียบและสะดวกต่อการบารุงรักษา รูปที่ 2.24 แผงขั้วต่อไฟฟ้า [20] 25 9. ตัวแปลงสัญญาณแอนะล็อก ( Analog Converter 0 to 50/0 to 5VDC ) อุปกรณ์นี้ทาหน้าที่แปลงสัญญาณ Analog จากช่วงแรงดันไฟฟ้า 0-50 โวลต์ หรือ 0-5 โวลต์ เพื่อใช้ในวงจรควบคุมและเซ็นเซอร์ ช่วยให้สามารถอ่านค่าต่างๆ ได้อย่างแม่นยา รูปที่ 2.25 ตัวแปลงสัญญาณแอนะล็อก [21] 10. รีเลย์ MY2 OMRON 12VDC รีเลย์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สาหรับควบคุมวงจรไฟฟ้าด้วยสัญญาณควบคุมขนาดเล็ก รีเลย์รุ่น MY2 ของ OMRON รองรับแรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์ ใช้เพื่อเปิดหรือปิดวงจรไฟฟ้า ในระบบอัตโนมัติต่างๆ รูปที่ 2.26 รีเลย์ MY2 [22] 26 11. ปลั๊กชาร์จ 25 แอมป์ ปลั๊กชาร์จเป็นจุดเชื่อมต่อสาหรับชาร์จแบตเตอรี่ของโกคาร์ท รองรับกระแสไฟสูงสุด 25 แอมป์ เพื่อให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย รูปที่ 2.27 ปลั๊กชาร์จ [23] 12. สวิตช์กุญแจ สวิตช์กุญแจใช้สาหรับเปิดและปิดระบบไฟฟ้าของโกคาร์ท ทาหน้าที่เหมือนสวิตช์ จุดระเบิดของรถยนต์ทั่วไป รูปที่ 2.28 สวิตช์กุญแจ [24] 13. สวิตช์เลือก 2 ทาง สวิตช์นี้ใช้สาหรับเลือกโหมดการทางานของโกคาร์ท อาจใช้สาหรับเลือกโหมดเดินหน้าถอยหลัง หรือปรับระดับความเร็ว รูปที่ 2.29 สวิตช์เลือก 2 ทาง [25] 27 14. ลิมิตสวิตช์สาหรับเบรก ลิมิตสวิตช์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจจับตาแหน่งของแป้นเบรก เมื่อมีการเหยียบเบรก ลิมิต สวิตช์จะส่งสัญญาณไปยังคอนโทรลเลอร์เพื่อลดความเร็วของมอเตอร์ รูปที่ 2.30 ลิมิตสวิตช์สาหรับเบรก [26] 15. ลิมิตสวิตช์สาหรับคันเร่ง อุปกรณ์นี้ทางานคล้ายกับลิมิตสวิตช์ของเบรก แต่ใช้ตรวจจับการทางานของคันเร่ง เพื่อ ป้องกันการเร่งเครื่องโดยไม่ได้ตั้งใจ รูปที่ 2.31 ลิมิตสวิตช์สาหรับคันเร่ง [27] 16. เซนเซอร์ตรวจจับโลหะ ( Proximity Sensor NPN 0-36VDC ) เซ็นเซอร์ชนิดนี้ใช้ตรวจจับโลหะที่อยู่ใกล้โดยไม่ต้องสัมผัส สามารถใช้สาหรับการนามา หาความเร็วรอบ รวมถึงสามารถนาไปคานวณเพื่อเก็บข้อมูลเป็นระยะทางได้ รูปที่ 2.32 เซนเซอร์ตรวจจับโลหะ [28] 28 17. Arduino UNO R3 Arduino UNO R3 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ในการประมวลผลข้อมูลจากเซ็นเซอร์ และควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าในระบบเช่น การเปิด-ปิดมอเตอร์ หรือการแสดงผลข้อมูลบนหน้าจอ รูปที่ 2.33 Arduino UNO R3 [29] 18. จอแสดงผล LCD i2C จอ LCD ชนิด i2C ใช้สาหรับแสดงข้อมูล ความเร็วและระยะทางของโกคาร์ท รูปที่ 2.34 จอแสดงผล LCD [30] 19. แบตเตอรี่ Li-ion 5 โวลต์ แบตเตอรี่ขนาดเล็ก 5 โวลต์ ใช้สาหรับจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น Arduino UNO R3 และ จอแสดงผล LCD รูปที่ 2.35 แบตเตอรี่ Li-ion 5 โวลต์ [31] 29 บทที่ 3 การออกแบบโครงงานและวิธีการดาเนินงาน 3.1 ความต้องการของโครงงาน 1. เพื่อออกแบบและสร้างรถไฟฟ้าขนาดเล็ก 2. เพื่อนาระบบแปลงพลังงานกลับมาใช้ใหม่มาประยุกต์กับรถไฟฟ้า 3. เพื่อให้คนที่ต้องการศึกษาเกี่ยวกับระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง (Regenerative Braking) สามารถเข้าใจการทางาน ประสิทธิภาพที่ได้ และ ประโยชน์ในการนาระบบเบรกประเภทนี้มาใช้งาน 3.2 ข้อจากัดโครงงาน โครงการสร้างรถไฟฟ้าขนาดเล็กด้วยงบประมาณจากัดและมีระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง เป็นโครงการที่ท้าทาย แต่ก็เป็นโอกาสที่ดีในการเรียนรู้และพัฒนาทักษะทางด้านวิศวกรรม การแก้ไข ปัญหา และการทางานเป็นทีม หากมีการวางแผนและจัดการทรัพยากร อย่างมีประสิทธิภาพ โครงการนี้ ก็สามารถประสบความสาเร็จได้ 3.3 มาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม มาตรฐานด้านการปล่อยเสียง มาตรฐาน UNR 138 [37] 3.4 มาตรฐานด้านความปลอดภัย มาตรฐาน ISO 6469-3 มาตรฐานการป้องกันบุคคลจากไฟฟ้าดูด [38] 3.5 มาตรฐานส่วนประกอบต่างๆ ของรถไฟฟ้าขนาดเล็ก 1. เหล็กหน้าตัดผืนผ้า มาตรฐาน JIS G3101 [39] 2. เหล็กหน้าตัดกลม มาตรฐาน JIS G3454 [40] 3. เหล็กหน้าตัดจัตุรัส มาตรฐาน JIS G3466 [41] 4. แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มาตรฐาน มอก. 62600 [42] 5. สายไฟฟ้า มาตรฐาน มอก. 3248 [43] 30 ตารางที่ 3.1 มาตรฐานวัสดุของเหล็ก หน้าตัดผืนผ้า หน้าตัดกลม หน้าตัดจัตุรัส ตามลาดับ Material Yield stress tensile stress Elongation Cost / 6m (baht) JIS G3101 245 400 15-23 273 JIS G3454 215 370 30 474 JIS G3466 245 400 23 365 3.6 การออกแบบโครงรถ ในการออกแบบโครงสร้างของรถไฟฟ้าขนาดเล็กในครั้งนี้ จะอ้างอิงจากรูปแบบของรถโกคาร์ท ที่มีการขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า เนื่องจากรถโกคาร์ทมีขนาดเล็ก น้าหนักเบา โครงสร้างเรียบง่าย และสามารถดัดแปลงหรือประยุกต์ใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ ได้อย่างเหมาะสม ซึ่งเอื้อต่อการทดลองและ ทดสอบระบบใหม่ ๆ อย่างระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งได้เป็นอย่างดี โครงรถจะถูกออกแบบโดยคานึงถึงความแข็งแรง น้าหนัก และความสามารถในการรองรับ อุปกรณ์ที่จาเป็น เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า แบตเตอรี่ ระบบควบคุม และระบบเบรก โดยวัสดุที่เลือกใช้ใน การสร้างโครงจะต้องมีความแข็งแรงเพียงพอเพื่อรับแรงกระแทกขณะขับขี่ และในขณะเดียวกันต้องมี น้าหนักเบาเพื่อไม่เพิ่มภาระให้กับระบบขับเคลื่อนและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบรีเจนเนอเรทีฟ เบรกกิ่งอีกด้วย นอกจากนี้ การออกแบบยังต้องคานึงถึงความปลอดภัยของผู้ขับขี่ เช่น การจัดตาแหน่งที่นั่ง แป้นเหยียบ พวงมาลัย และจุดยึดต่าง ๆ ให้เหมาะสมตามหลักสรีรศาสตร์ เพื่อให้สามารถควบคุมรถ ได้อย่างมั่นคงและปลอดภัยในทุกสภาวะ จากการอ้างอิงรถโกคาร์ทที่มีอยู่จริง ยังช่วยให้สามารถศึกษาและเปรียบเทียบประสิทธิภาพ ของระบบที่ติดตั้งในภายหลังได้อย่างชัดเจน และสามารถนาข้อมูลที่ได้จากการทดสอบมาวิเคราะห์ และปรับปรุงโครงสร้างรถให้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้นในอนาคต 31 3.6.1 แนวคิดในการออกแบบรถพลังงานไฟฟ้าขนาดเล็ก 1. มอเตอร์ 1000 วัตต์ จากการคานวณ มอเตอร์ 1000 วัตต์ ที่เลือกมาจะทาให้ มีความเร็วสูงสุดตามที่คาดหวังไว้คือประมาณ 30 กิโลเมตรต่อชั่วโมง 2. มอเตอร์ Brushless กับ แบบมีแปรงถ่าน มอเตอร์ Brushless มีความทนทาน มากกว่า ประสิทธิภาพมากกว่า และไม่ก่อให้เกิดประกายไฟ 3. ล้อลม 10 นิ้ว เพื่อยกโครงรถให้สูงขึ้นจากพื้นเพื่อหลีกเลี่ยงพื้นขรุขระ 4. สี่ล้อ เปรียบเทียบกับ สามล้อ รถสามล้อน้าหนักเบากว่าแต่ควบคุมได้ยากและมีพื้นที่ ในการติดตั้งระบบขับเคลื่อนน้อย จึงเลือกโครงแบบสี่ล้อ 5. ระบบขับเคลื่อน ใช้การขับเคลื่อนล้อหลังเนื่องจากง่ายต่อการติดตั้งอุปกรณ์ ขับเคลื่อน 6. ระบบกันสั่นสะเทือน เนื่องจากงบประมาณที่จากัดจึงยากที่จะติดตั้งระบบ กันสั่นสะเทือน 32 3.6.2 การเลือกโครงรถ รูปที่ 3.1 โครงรถแบบที่ 1 รูปที่ 3.2 โครงรถแบบที่ 2 33 รูปที่ 3.3 โครงรถแบบที่ 3 รูปที่ 3.4 โครงรถแบบที่ 4 34 3.7 การคานวณเพื่อเลือกขนาดของมอเตอร์ กาหนดให้ขนาดรัศมีของล้อ ( 𝑟𝑤 ) = 0.165 m กาหนดให้มวลของรถและคนขับรวมกัน (𝑚) = 100 kg [คน 75 kg + รถ 17 kg + อุปกรณ์ 8 kg] 3.7.1 คานวณหาโหลดที่ต้องใช้ของมอเตอร์ จากสมการ 𝑊 = 𝑚𝑔 ; 𝐿𝑜𝑎𝑑 (𝑊) = 100 × 9.81 = 981 N ตารางที่ 3.2 สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตระหว่างล้อและพื้นถนน [44] จากตารางที่ 3.2 กาหนดให้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตระหว่างล้อกับพื้นถนน ( 𝜇𝑠 ) = 0.85 ตารางที่ 3.3 สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการกลิ้งระหว่างล้อและพื้นถนน [45] จากตารางที่ 3.3 กาหนดให้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ระหว่างล้อกับพื้นถนน มีค่าเท่ากับ ( 𝜇𝑟 ) = 0.02 35 ตารางที่ 3.4 สัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศ และ Frontal Area [46] จากตารางที่ 3.4 กาหนดให้สัมประสิทธิ์แรงต้านอากาศ (𝐶𝑑 ) มีค่าเท่ากับ 0.12 จากตารางที่ 3.4 กาหนดให้พื้นที่ Frontal Area (𝐴𝑓 ) มีค่าเท่ากับ 5 ft2 = 0.46452 m2 ตารางที่ 3.5 ค่าความหนาแน่นของอากาศในอุณหภูมิต่างๆ [47] จากตารางที่ 3.5 กาหนดให้อุณหภูมิเฉลี่ยเท่ากับ 30 องศาเซลเซียส (C°) = 303.15 เคลวิน (K) - Interpolation ค่าความหนาแน่นของอากาศจะได้ 300−303.15 1.1614−𝜌 = 300−350 1.1614−0.995 𝜌 = 1.15092 kg/m3 36 (3.1) 3.7.2 คานวณหาค่า Static Frictional Force ( 𝒇𝒔 ) รูปที่ 3.5 การกระจายแรงของน้าหนักรถบนเนิน (3.2) 𝑓𝑠 = 𝜇 × 𝑊 × sin 𝜃 𝑓𝑠 = 0.85 × 981 × 0.342 𝑓𝑠 = 285.193 N 3.7.3 คานวณหาค่า Rolling Frictional Force ( 𝒇𝒓 ) (3.3) 𝑓𝑟 = 𝜇 × 𝑊 𝑓𝑟 = 0.02 × 981 𝑓𝑟 = 19.62 N กาหนดให้ Velocity of Air (𝑣) มีค่าเท่ากับ Max Speed ของรถ ≈ 30 km/hr = 8.33 m/s 3.7.4 คานวณหาค่า Drag Force ( 𝒇𝑫 ) 1 𝑓𝐷 = 2 × 𝐶𝑑 × 𝐴𝑓 × 𝜌 × 𝑣 2 𝑓𝐷 = (3.4) 1 × 0.12 × 0.46452 × 1.15092 × 8.33 2 2 𝑓𝐷 = 2.2258 N 3.7.5 คานวณหาค่า Total Tractive Effort (TTE) (Static + Rolling + Drag) 𝑇𝑇𝐸 = 𝑓𝑠 + 𝑓𝑟 + 𝑓𝐷 𝑇𝑇𝐸 = 285.193 + 19.62 + 2.2258 𝑇𝑇𝐸 = 307.0388 N 37 (3.5) 3.7.6 คานวณหาค่า Torque at Wheels (3.6) 𝑇𝑤 = 𝑇𝑇𝐸 × 𝑟𝑤 𝑇𝑤 = 307.0388 × 0.165 𝑇𝑤 = 50.661 N. m ดังนั้นต้องการแรงบิด ขนาด 50.661 N.m ที่ล้อในการขับเคลื่อนรถให้ออกตัวได้ 3.7.7 คานวณหาค่าแรงบิดมอเตอร์ ( 𝑻𝒎 ) ที่ต้องการ 𝑇 (3.7) 𝑤 𝑇𝑚 = 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜 50.661 𝑇𝑚 = 4.556 𝑇𝑚 = 11.12 N. m 3.8 หลักการในการเลือกใช้มอเตอร์ DC Brushless ขนาด 1000 วัตต์ แรงดัน 48 โวลต์ โดยมี Torque on motor ( 400% of Torque rate ) = 3.82 x 4 = 15.28 N.m และ มี ความเร็วรอบสูงสุด ( Motor Speed max ) = 2500 rpm เมื่อใช้อัตราทดชุดโซ่ระหว่างมอเตอร์กับเพลาขับ (𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜) เท่ากับ 4.556 : 1 ( 41T : 9T ) แรงบิดที่ไปขับล้อ ( Torque at wheel ) = 15.28 x 4.556 = 69.616 N.m แรงบิดที่ไปขับล้อ ( Torque at wheel ) = 69.616 N.m > 50.661 N.m (ค่าจาก 3.8.6) จะเห็นได้ว่าแรงบิดที่ได้จากมอเตอร์ DC Brushless มากกว่าค่า แรงบิดที่ต้องการดังหัวข้อ 3.8.6 ทาให้ตัวรถสามารถออกตัวได้ไวมากยิ่งขึ้น โดยความเร็วสูงสุดที่ตัวมอเตอร์สามารถทาได้เมื่อทาการ ทดเกียร์ระหว่างมอเตอร์กับเพลาขับจะหาได้จาก 2500 km Speed = 4.556 = 548.7 rpm = 34.131 hr (3.8) ความเร็วสูงสุดที่ต้องการ Max Speed ≈ 30 km/hr = 8.33 m/s km km Speed = 34.131 hr > 30 hr 38 (3.9) 3.9 การคานวณเพื่อเลือกประเภทของเฟืองโซ่ รูปที่ 3.6 Free Body Diagram ในการคานวณแรงที่เฟืองโซ่ จากสมการแรงบิด 𝑇 =𝐹×𝑟 (3.10) เมื่อทาการแทนค่า TMAX ที่เกิดจากมอเตอร์ที่เป็นตัวขับเฟืองโซ่ตัวหน้า โดยจากมอเตอร์ที่ เลือกมีค่า Torque on motor ( 400% of Torque rate ) = 3.82 x 4 = 15.28 N.m และ ระยะ Pitch Diameter ของเฟืองโซ่มีค่าเท่ากับ 0.02059 m จะได้ 15.28 = 𝐹 × 0.02059 ดังนั้น 𝐹 = 742.108 N สรุปได้ว่า มีแรงกระทาที่เฟืองโซ่ตัวหน้าขนาด 742.108 N เนื่องจาก โซ่ไม่ตึง ดังนั้นเมื่อทา การแตกแรงทาให้เห็นว่าที่เฟืองโซ่ตัวหลังก็จะมีแรงกระทาขนาดเท่ากับความตึงในเส้นเชือกซึ่งมีค่า เท่ากับ 742.108 N 39 3.10 การคานวณเพื่อเลือกขนาดเพลาหลัง รูปที่ 3.7 ระยะในการติดตั้งอุปกรณ์ที่เพลาหลัง การคานวณขนาดของแรงบิดที่เกิดขึ้นที่ Rear Sprocket ขนาดรัศมี 85 มิลลิเมตร สามารถ คานวณได้ดังสมการ (3.11) 𝑇𝑠 = 𝐹 × 𝑟𝑠 𝑇𝑠 = 742.108 × 85 ดังนั้น 𝑇𝑠 = 63,079.165 N. mm และ โหลดจากน้าหนักของคนขนาด 100 กิโลกรัม จะถูกกระจายอยู่บนแบริ่ง 2 ตัว โดยแต่ละตัวจะ รับแรง 490.33 นิวตัน โดยสามารถเขียน Free Body Diagram ได้ดังนี้ รูปที่ 3.8 Free Body Diagram ในการคานวณ 40 ∑ 𝑀𝐴 = 0 จะได้ (490.33 × 74) + (490.33 × 674) = (𝐵𝑧 × 748) ดังนั้น 𝐵𝑧 = 490.33 N ∑ 𝐹𝑧 = 0 จะได้ เมือ่ แทนค่า 𝐵𝑧 ดังนั้น 490.33 + 490.33 = 𝐵𝑧 + 𝐴𝑧 490.33 + 490.33 = 490.33 + 𝐴𝑧 𝐴𝑧 = 490.33 N เมื่อนามาเขียน Shear Force Diagram และ Moment Diagram ในแกน Z จะได้ดังนี้ รูปที่ 3.9 Shear Force Diagram ในแกน Z รูปที่ 3.10 Moment Diagram ในแกน Z 41 (3.12) (3.13) จาก Moment Diagram ในแกน Z จะสังเกตว่าค่า Maximum Moment มีค่า 36,284.42 N.mm 𝑀 = 36,284.42 N. mm วัสดุที่ใช้ทาเพลาคือเหล็ก SS400 มีค่า Ultimate Tensile Strength (UTS) ประมาณ 400 MPa เมื่อนามาหาค่า Ultimate Shear Stress จากสมการ (3.14) 𝜏𝑚𝑎𝑥 ≈ 0.5 × 𝑈𝑇𝑆 จะได้ 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 0.5 × 400 = 200 𝑀𝑃𝑎 จากนั้นนาค่า ที่ได้มาหา Allowable Shear Stress จากสมการ 𝜏𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 𝜏𝑚𝑎𝑥 ⁄𝑆. 𝐹. (3.15) 𝜏𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 = 200⁄2.8 = 71.43 M𝑃a เมื่อหาค่า Maximum Moment , Maximum Torque , Ultimate Shear Stress ได้แล้ว จะนามาแทนในสมการเพื่อหารัศมี ( r ) ของเพลาจากทฤษฎี Maximum shear stress ได้ด้วย สมการ Stress transformation ดังสมการ 2 𝑐 = [𝜋𝜏𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤 ⁄𝑆.𝐹. √𝑀2 + 𝑇 2 ] 1 3 (3.16) โดยจะใช้ค่า 𝑆𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝑆. 𝐹. ) = 2.8 1 จะได้ 3 2 𝑐 = [71.4286𝜋⁄ √36,284.42 2 + 63,079.165 2 ] 2.8 ดังนั้นรัศมี ( r ) ของเพลาที่คานวณได้มีค่า 𝐶 = 12.2 𝑚𝑚 หรือ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง (D) เท่ากับ 24.4 mm จึงเลือกใช้เพลาขนาด 25 mm รูปที่ 3.11 ขนาดของเพลาที่เลือกใช้ 42 3.11 การเลือกเบอร์ของโซ่ โดยจะเลือกใช้โซ่ขนาด 428 ซึ่งมักใช้ในรถมอเตอร์ไซค์ขนาดเล็กถึงกลาง และมีความสามารถ ในการรับแรงดึงได้อยู่ที่ประมาณ 1,800 - 2,200 ปอนด์ (ประมาณ 800 - 1,000 กิโลกรัม) แรงที่ Sprocket กระทากับโซ่อยู่ที่ 742.108 N หรือประมาณ 75.648 Kg ซึ่งน้อยกว่าค่าที่โซ่ขนาด 428 สามารถรับแรงดึงรับได้ [48] 3.12 แสดงภาพรวมของการออกแบบเมื่อนาอุปกรณ์ใส่ทั้งหมด รูปที่ 3.12 ตาแหน่งการวางอุปกรณ์ต่างๆ ของรถไฟฟ้าขนาดเล็ก 43 3.13 กระบวนการทาโครงรถ ระบบเลี้ยว ระบบคันเร่ง-เบรก โดยการขึ้นรูปตัวโครงรถ ระบบเลี้ยว ระบบคันเร่ง-เบรก ได้มีการดาเนินสร้างที่โรงปฏิบัติการ วิศวกรรมเครื่องกลโดยมีขั้นตอนการดาเนินการดังนี้ 3.13.1 การทาโครงรถ 1. นาเหล็กแป๊บโปร่งเคลือบกัลวาไนซ์ขนาดหน้าตัด 1 x 1 นิ้ว ความหนา 2.3 มิลลิเมตร มาทา การตัดแบ่งตามขนาดที่ได้ทาการออกแบบไว้ โดยจะตัดตาแหน่งปลายให้ได้ 45 องศา เพื่อให้พื้นที่ รอยเชื่อมมีความยาวที่มากขึ้น ดังรูปที่ 3.13 รูปที่ 3.13 ตัดเหล็กให้รับมุมกันเพื่อเพิ่มระยะของรอยเชื่อม 2. นาฉากเชื่อมมาติดที่ตาแหน่งมุม เพื่อที่จะให้ฐานด้านล่างของโครงรถมีความสมมาตร และ สามารถกระจายได้เท่าๆ กัน และใช้ F-Clamp ในการยึดเหล็ก ป้องกันการบิดตัวของโครง หลังจาก การเชื่อม ดังรูปที่ 3.14 รูปที่ 3.14 ใช้ฉากเชื่อมเพื่อให้การเชื่อมโครงรถมีความสมมาตร 44 3. เตรียมตู้เชื่อมไฟฟ้าแบบ MMA ( Manual Metal Arc Welding ) หรือที่รู้จักกันในชื่อ การเชื่อมธูป ( Stick Welding ) เนื่องจากเหล็กมีความหนาที่ 2.3 มิลลิเมตร จึงเลือกใช้เป็นลวด 6013 มาตรฐาน AWS A5.1: E6013, ISO 2560: E38 0 RC 11 ขนาด 2.6 มิลลิเมตร ใช้ไฟที่ 75 แอมป์ 4. เตรียมพื้นที่รอยเชื่อมโดยใช้แผ่นขัดกระดาษทรายกับเครื่องเจียรลูกหมูก่อนที่จะทาการเชื่อม 5. ใช้เครื่องเจียรลูกหมูกับใบหินเจียรตกแต่งรอยเชื่อม ดังรูปที่ 3.15 รูปที่ 3.15 ใช้การเจียร์เพื่อเก็บรอยเชื่อมให้เรียบร้อย 6. เมื่อเชื่อมโครงรถได้ตามแบบที่ออกแบบไว้แล้ว เราจะตอกนาศูนย์และเจาะรู เพื่อใส่น็อต สาหรับยึด U – Bearing ของเพลาหลัง ในตาแหน่งตามแบบ ดังรูปที่ 3.16 โดยขั้นตอนการเจาะรู จะใช้สว่านมือและดอกสว่าน 10 มิลลิเมตรในการเจาะเพื่อใส่น็อต โดยจะต้องใช้ดอกสว่านขนาด 3 มิลลิเมตร เจาะลงไปก่อน ตามด้วยดอกสว่านขนาด 6 มิลลิเมตร จึงจะสามารถใช้ดอกสว่านขนาด 10 มิลลิเมตร เจาะเป็นดอกสุดท้าย รูปที่ 3.16 เจาะรูยึด U-Bearing 45 3.13.2 การทาระบบเลี้ยว ติดตั้งเบาะรองนั่งและทาสีโครงรถ 1. ติดตั้งเพลาหลังและล้อเข้ากับโครงรถ จากนั้นทาการวัดระยะเพื่อทาปีกนกสาหรับล้อหน้า โดยที่ล้อหน้าจะมีระยะที่ไม่ห่างกับล้อหลังมากเกินไปเมื่อดูจากข้างหน้ารถ ดังรูปที่ 3.17 รูปที่ 3.17 ติดตั้งเพลาหลังและล้อเข้ากับโครงรถ ทาการวัดระยะเพื่อทาปีกนก 2. เตรียมเหล็กแผ่น SS400 ความหนา 4 มิลลิเมตร กว้าง 5 เซนติเมตร ยาว 25 เซนติเมตร เพื่อทาการสร้างตัวปีกนกยึดล้อใหม่เนื่องจากปีกนกเดิมสั้นทาให้วงเลี้ยวแคบ โดยตัดแผ่นเหล็กตาม ขนาดที่ได้ออกแบบใหม่และตอกให้เข้ามุมและทาการเจาะรู ดังรูปที่ 3.18 รูปที่ 3.18 สร้างตัวยึดปีกนก 46 3. เชื่อมตัวปีกนกเข้ากับโครงรถ โดยนาเหล็กแป๊บที่เหลือ นามาเป็นตัวเสริมความแข็งแรงให้กับ ตัวปีกนก ดังรูปที่ 3.19 รูปที่ 3.19 เชื่อมตัวยึดปีกนกเข้ากับโครงรถ 4. เตรียมเหล็กแผ่น SS400 ความหนา 4 มิลลิเมตร กว้าง 10 เซนติเมตร ยาว 25 เซนติเมตร เพื่อเป็นตัวยึดให้กับคันชักคันส่งของระบบเลี้ยวและเจาะรู ดังรูปที่ 3.20 รูปที่ 3.20 ตัวยึดให้กับคันชักคันส่งของระบบเลี้ยว 47 5. เชื่อมแผ่นยึดคันชักคันส่งติดกับโครงรถ ดังรูปที่ 3.21 รูปที่ 3.21 เชื่อมตัวยึดให้กับคันชักคันส่งของระบบเลี้ยว 6. ทดสอบคันชักคันส่งเมื่อติดตั้งเข้ากับล้อ พบว่ามีความยาวที่มากเกินไปจึงทาการตัดคันชักคัน ส่งออกทั้งสองฝั่งและทาการเจาะและต๊าปเกลียวขนาด M10 x 1.25 ลึก 2.5 เซนติเมตร ดังรูปที่ 3.22 รูปที่ 3.22 วัดมุมของพวงมาลัยให้สามารถนั่งจับได้ถนัดมือ 48 7. เตรียมเหล็กแป๊บโปร่ง มาทาเป็นตัวยึดลูกปืนพวงมาลัย โดยทาการตัดและเจียร์บริเวณที่ติด กับกระบอกลูกปืน ดังรูปที่ 3.23 รูปที่ 3.23 ตัวยึดลูกปืนพวงมาลัยและเจียร์บริเวณที่ติดกับกระบอกลูกปืน 8. เชื่อมเสาที่มารับกับกระบอกลูกปืนเข้ากับโครงรถ และ เชื่อมกระบอกลูกปืน โดยก่อนจะทา การเชื่อมจะต้องวัดมุมของพวงมาลัยให้สามารถนั่งจับได้ถนัดมือ ดังรูปที่ 3.24 รูปที่ 3.24 วัดมุมของพวงมาลัยให้สามารถนั่งจับได้ถนัดมือ 49 14. ติดตั้งเบาะที่นั่งคนขับเข้ากับตัวรถ ดังรูปที่ 3.25 รูปที่ 3.25 ติดตั้งเบาะนั่งคนขับ 15. ถอดอุปกรณ์ต่างๆ ออกให้เหลือแต่โครงรถและส่วนต่างๆ ที่เชื่อมติดกับโครงรถ เพราะใน จุดที่มีการเชื่อมหรือการขัด จะเกิดสนิมเนื่องจากสารที่เคลือบอาจจะหายไป เราจึงต้องใช้สีทากันสนิม ที่ใช้กับเหล็กมาทากัน ทั่วบริเวณโครงรถ ดังรูปที่ 3.26 รูปที่ 3.26 ใช้สีทากันสนิมที่ใช้กับเหล็ก 50 3.13.3 การทาระบบคันเร่งและเบรก 1. ติดตั้งอุปกรณ์ทุกอย่างเข้ากลับไปเมื่อสีแห้ง พร้อมทั้งติดตั้งจานเบรกเข้าไป เพื่อทาตัวยึด คา ลิปเปอร์เบรก โดยจะทาการตัดเหล็กแผ่น SS400 ให้รับกับตัวคาลิปเปอร์ และเจาะรูเพื่อเป็นตัวยึด ดังรูปที่ 3.27 2. เมื่อได้แผ่นเหล็กยึดคาลิปเปอร์เบรกมาแล้ว เราจะทาการเชื่อมติดกับคานท้ายสุดของตัวรถ โดยปรับให้คาลิปเปอร์อยู่ในตาแหน่งที่เมื่อเหยียบเบรกตัวผ้าเบรกจะจับกับตัวจานเบรกได้แบบเต็ม แผ่น ดังรูปที่ 3.27 รูปที่ 3.27 แผ่นเหล็กยึดคาลิปเปอร์เบรกเชื่อมยึดกับคานตาแหน่งท้ายสุดของโครงรถ 3. ทาการทดสอบว่าตาแหน่งของคาลิปเปอร์อยู่ในตาแหน่งที่ผ้าเบรกสามารถทางานได้ อย่างเต็มประสิทธิภาพ 4. เตรียมเหล็กกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 13 มิลลิเมตร ความยาวจากโครงฝั่งด้านข้างจน มาถึงแผ่นเหล็กตัวยึดคาลิปเปอร์ ทาการเชื่อมทั้งสองฝั่งเพื่อเป็นตัวเสริมความแข็งแรงและลดแรงบิด เมื่อเบรก ดังรูปที่ 3.28 รูปที่ 3.28 คานยึดแผ่นเหล็กยึดคาลิปเปอร์เบรก 51 5. ต่อมาทาตัวยึดปั๊มเบรก โดยนาเหล็กแผ่น SS400 นามาตัดและเจาะรูและเชื่อมติดกับโครง ตรงบริเวณตาแหน่งข้างที่นั่งคนขับฝั่งซ้าย ดังรูปที่ 3.29 รูปที่ 3.29 เชื่อมแผ่นเหล็กยึดปั๊มเบรกเข้ากับโครงรถ ตาแหน่งข้างคนขับ 6. คันส่งจากแป้นเบรกมาถึงตัวปั๊มเบรก ได้เลือกใช้วัสดุเหล็กกลมขนาด 13 มิลลิเมตร ความ ยาว 60 เซนติเมตร ต๊าปเกลียวฝั่งที่ต่อกับปั๊มเบรก โดยเริ่มจากเจาะรูขนาด 8 มิลลิเมตร เพื่อต๊าป เกลียว M8 x 1.5 ลึก 2 เซนติเมตร ดังรูปที่ 3.30 รูปที่ 3.30 นาเหล็กกลมมาเจาะรูและทาการต๊าปเกลียว 52 7. ในอีกฝั่งของเหล็กกลม จะทาการกลึงปอกให้ลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางจาก 13 มิลลิเมตร ให้เหลือ 8 มิลลิเมตร จากนั้นค่อยดายเกลียว M8 x 1.5 ความยาว 2 เซนติเมตร เพื่อไปใส่กับ น็อตก้ามปูคันเบรก ดังรูปที่ 3.31 รูปที่ 3.31 เหล็กกลมอีกฝั่งทาการกลึงปอกและทาการดายเกลียว 8. แป้นเบรก จะนาเหล็กแผ่น SS400 ตัดเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าและเชื่อมติดกับแป้นเบรกที่ได้ ทา การสั่งซื้อมา เนื่องจากต้องการจะให้สะดวกต่อการเหยียบมากขึ้น จากนั้นทาการเจาะรูที่ตาแหน่ง ข้างกันชน ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มิลลิเมตร แล้วใช้น็อตขนาด M10 ยึดเพื่อเป็นจุดหมุนให้กับ แป้นเบรก ดังรูปที่ 3.32 รูปที่ 3.32 เชื่อมแผ่นเหล็กกับแป้นเบรกเข้าด้วยกันและเจาะรูยึดกับโครงรถ 53 9. เนื่องจากต้องการลดการเสียดสีที่เกิดจากตัวแป้นเบรก จึงได้ทาการออกแบบและกลึงตัวบูช ขึ้น เพื่อยึดเบรกให้มั่นคงและลดแรงเสียดทาน ดังรูปที่ 3.33 รูปที่ 3.33 กลึงตัวบูชขึ้นเพื่อยึดตาแหน่งของแป้นเบรกให้คงที่และลดแรงเสียดทาน 10. ทาการติดตั้งระบบเบรกและทาการทดสอบ 11. เตรียมเหล็กแผ่น SS400 เชื่อมขนานติดตรงกันชนหน้าเพื่อเป็นตาแหน่งที่เอาไว้วางคันเร่ง ไฟฟ้า โดยทาการเจาะรูก่อนนาไปเชื่อม ดังรูปที่ 3.34 รูปที่ 3.34 เชื่อมแผ่นเหล็กและติดตั้งคันเร่งไฟฟ้า 54 3.13.4 การติดตั้งระบบขับเคลื่อนและทาพื้นที่สาหรับวางกล่องควบคุมระบบไฟฟ้า 1. การทาตัวรองรับมอเตอร์ โดยจะใช้เหล็กหนา 8 มิลลิเมตร เป็นตัวรองรับมอเตอร์ และทา ร่องเลื่อนให้สามารถปรับความตึง-หย่อนของโซ่ได้ โดยแสดงภาพเขียนแบบ ดังรูปที่ 3.35 รูปที่ 3.35 รูปภาพเขียนแบบของอุปกรณ์รองรับมอเตอร์ 2. นาตัวรองรับมอเตอร์มาวางไว้เพื่อทาการปรับตั้งแนวศูนย์ให้โซ่กับสเตอร์หลังอยู่ในตาแหน่ง ที่ร่วมศูนย์ ดังรูปที่ 3.36 รูปที่ 3.36 ปรับตั้งแนวศูนย์ให้โซ่กับสเตอร์หลังอยู่ในตาแหน่งร่วมศูนย์ 55 3. ทาการกาหนดตาแหน่งของตัวรองรับเพื่อทาการเชื่อมยึดติดกับโครงรถ โดยเมื่อเชื่อมเหล็กที่ หนา 8 มิลลิเมตร ควรใช้ไฟอยู่ที่ 100 แอมป์ ดังรูปที่ 3.37 รูปที่ 3.37 เชื่อมเหล็กตัวรองรับมอเตอร์ 4. ต่อมาเนื่องจากต้องการให้มีที่เก็บอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ให้อยู่ในที่ ที่ซ่อมบารุง ตรวจสอบ และเก็บค่าได้ จึงได้ทาตัวรองรับกล่องเก็บของขึ้นมาจะอยู่ในตาแหน่งคานหลังคนขับ ดังรูปที่ 3.38 รูปที่ 3.38 เชื่อมเหล็กรองรับเพื่อเป็นที่วางกล่องเก็บอุปกรณ์ 56 5. เชื่อมตัวรองรับกล่องเก็บของโดยจะใช้ระดับน้าในการทาให้สองฝั่งสมมาตรกัน 6. ตัวกล่องเก็บของจะทามาจากวัสดุแผ่นอะคริลิค โดยจะตัดและยึดด้วยกาวตะปู ขนาด 54.4 x 20 x 10 เซนติเมตร ดังรูป 3.39 รูปที่ 3.39 ทากล่องเก็บอุปกรณ์จากวัสดุกระจกอะคริลิค 3.14 กระบวนการดาเนินงานและติดตั้งระบบไฟฟ้า โดยกระบวนการดาเนินงาน และติดตั้งระบบไฟฟ้าของรถไฟฟ้าขนาดเล็ก มีขั้นตอนและวิธีการ ดาเนินการดังนี้ 3.14.1 ออกแบบระบบไฟฟ้า ทาการออกแบบและเขียนแบบไฟฟ้าด้วยโปรแกรม SEE Electrical โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อ ต้องการวัดความเร็ว ระยะทาง ค่าเปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่และค่าไฟฟ้าที่ชาร์จกลับเข้าสู่แบตเตอรี่ โดย เก็บผลลัพธ์ทไี่ ด้ไว้ใน SD card ด้วยการเขียนโค้ดในโปรแกรม Arduino IDE เพื่อนามาศึกษา กระบวนการทางานของรถไฟฟ้าขนาดเล็ก โดยระบบไฟฟ้ามีจานวน 6 ระบบสามารถอธิบาย กระบวนการทางานได้ตามแบบไฟฟ้าดังนี้ 57 รูปที่ 3.40 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 1 ต้นกาลังของระบบ 58 รูปที่ 3.41 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 2 กล่องคอนโทรล 59 รูปที่ 3.42 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 3 Arduino 60 รูปที่ 3.43 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 4 รีเลย์และเซนเซอร์ 61 รูปที่ 3.44 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 5 รีเลย์และคอนเวอร์เตอร์ 62 รูปที่ 3.45 แบบไฟฟ้าหน้าที่ 6 จอ LCD และคันเร่งไฟฟ้า 63 3.14.2 การติดตั้งระบบไฟฟ้า นาอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เขียนในแบบมาทาการติดตั้งลงในกล่องเก็บอุปกรณ์อะคลิลิคที่ได้ทาขึ้นมา โดยภายในกล่องจะมีอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมด 10 ชิ้นด้วยกัน คือ เบรกเกอร์ รีเลย์ Micro-USB ตัวแปลง สัญญาณแอนะล็อค Arduino Board แผงขั้วต่อไฟฟ้า วงจรเรียงกระแส 3 เฟส 25 แอมป์ ตัวแปลง แรงดันไฟฟ้า DC-DC และ กล่องคอนโทรล รูปที่ 3.46 อุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดสาหรับรถไฟฟ้า 64 3.15 การเขียนโค้ดแสดงความเร็วรอบและเปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่บนหน้าจอ LCD ในระบบรถไฟฟ้า การแสดงข้อมูลสาคัญ เช่น ความเร็วรอบของล้อ และระดับแบตเตอรี่ เป็น สิ่งจาเป็น เพื่อให้ผู้ขับขี่สามารถตรวจสอบสถานะของรถได้อย่างสะดวกและแม่นยา โค้ดที่ถูกพัฒนานี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์ Proximity และแสดงความเร็วรอบของล้อบนหน้าจอ LCD พร้อมกับแสดงเปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่ของรถไฟฟ้า 3.15.1 อุปกรณ์ที่ใช้ - Arduino R3 - เซ็นเซอร์ Proximity (สาหรับตรวจจับการหมุนของล้อ) - หน้าจอ LCD 16x2 - ตัวแปลงสัญญาณแอนะล็อก - แหล่งจ่ายไฟและอุปกรณ์เชื่อมต่ออื่นๆ 3.15.2 หลักการทางาน เซ็นเซอร์ Proximity ตรวจจับจานวนรอบของล้อในช่วงเวลาที่กาหนด คานวณค่าความเร็วรอบ (RPM) โดยใช้จานวนครั้งที่เซ็นเซอร์ตรวจจับได้ภายในหนึ่งนาที ตัวแปลงสัญญาณแอนะล็อก โดยจะเป็นตัวแปลงสัญญาณแบตเตอรี่ส่งค่าสัญญาณเข้ามายัง ไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อนาไปคานวณเป็นเปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่ที่เหลืออยู่ สุดท้าย ข้อมูล RPM และ เปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่จะถูกส่งไปแสดงผลบนหน้าจอ LCD 3.15.3 การเขียนโค้ด โค้ดจะถูกเขียนโดยใช้ ภาษา C/C++ บน Arduino IDE เพื่อควบคุมการอ่านค่าจาก เซ็นเซอร์และแสดงผลบนหน้าจอ LCD สามารถดูตัวอย่างของโค้ดได้ตามภาคผนวก ข. 65 3.16 การทางานของระบบไฟฟ้า การทางานของระบบไฟฟ้าในรถไฟฟ้าขนาดเล็กมี 3 สถานะได้แก่ การทางานขณะขับเคลื่อน การทางานขณะเหยียบเบรกและการทางานขณะวัดค่าการชาร์จพลังงานกลับ - การทางานขณะขับเคลื่อน เมื่อทาการเปิดเบรกเกอร์ที่กล่องเก็บอุปกรณ์ กระแสไฟฟ้าจาก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาด 48 โวลต์ จะไหลเข้าสู่ระบบโดยจะมีสวิตช์กุญแจเป็นตัวควบคุมไฟฟ้าให้ ไหลเข้าสู่กล่องคอนโทรล Votol EM50-4 เพื่อเตรียมพร้อมสาหรับการขับเคลื่อน โดยเมื่อทาการ เหยียบคันเร่งสัญญาณจากคันเร่งจะถูกส่งไปยังกล่องคอนโทรล แล้วกล่องคอนโทรลจะทาการส่ง สัญญาณให้มอเตอร์หมุนขับเคลื่อนรถให้เคลื่อนที่ไปด้านหน้า และเมื่อปรับสวิตช์ที่ด้านหน้าตัวรถให้ เป็นถอยหลัง และทาการเหยียบคันเร่ง มอเตอร์ไฟฟ้าจะกลับเฟสและทาให้รถเคลื่อนที่ถอยหลัง - การทางานขณะเหยียบเบรก เมื่อทาการเหยียบเบรก ลิมิตสวิตช์ที่ติดอยู่ด้านล่างของแป้น เบรกจะส่งสัญญาณไปที่กล่องคอนโทรลด้วยสายไฮเบรกซึ่งต่อเข้ากับแรงดันขนาด 12 โวลต์ โดยมา จากการต่ออุปกรณ์ลดแรงดันที่ลดไฟจากแบตเตอรี่ 48 โวลต์ ให้เหลือ 12 โวลต์ เมื่อมีแรงดัน 12 โวลต์ เข้าสู่สายไฮเบรกแล้วกล่องคอลโทรลจะสั่งงานให้มอเตอร์จะทาการหยุดหมุน และในขณะเดียวกันนั้น ตัวปั๊มเบรกก็จะทางานส่งผลให้การเหยียบเบรกแต่ละครั้งจะมีการทางานของ ระบบเบรก 2 ส่วนคือระบบเบรกทางกลจากดิสเบรกและระบบเบรกทางไฟฟ้าจากสายไฮเบรกของ มอเตอร์ - การทางานขณะวัดค่าการชาร์จพลังงานกลับ เมื่อรถอยู่ในสถานะปกติหรือรถอยู่นิ่งไม่ เคลื่อนที่จะอยู่ในสถานะวัดค่าการชาร์จพลังงานกลับ โดยมีลิมิตสวิตช์ติดตั้งอยู่ที่ใต้คันเร่งไฟฟ้า เมื่อทาการเหยียบคันเร่งจนถึงลิมิตสวิตช์ไฟจากแบตเตอรี่จะเข้าสู่คอนเวอร์เตอร์และแปลงแรงดัน ไฟฟ้า จาก 0-50 โวลต์ ไปเป็น 0-5 โวลต์ ก่อนที่จะเข้าสู่ Arduino เพื่อทาการวัดค่าแบตเตอรี่ ณ ขณะนั้น โดยคอนเวอร์เตอร์จาเป็นต้องใช้ไฟเลี้ยงในระบบขนาด 12 โวลต์ ซึ่งมีอยู่ในระบบ การทางานของเบรกตามที่กล่าวไปข้างต้น 66 3.17 ปัญหาที่พบและวิธีการแก้ปัญหา - เมื่อเหล็กเย็นตัวหลังจากการเชื่อม อาจเกิดการบิดตัว (Warping) ได้ เนื่องจากการหดตัวที่ไม่ สมดุลระหว่างบริเวณที่ได้รับความร้อนและบริเวณที่ไม่ได้รับความร้อน โดยเฉพาะในงานเชื่อมที่ไม่ได้มี การล็อคตาแหน่งอย่างเหมาะสมหรือใช้วิธีการเชื่อมที่ทาให้เกิดความร้อนสูง เช่น การเชื่อมลากยาว หรือแนวเชื่อมไม่สม่าเสมอ จะเกิดการดึงรั้งและบิดเบี้ยวได้ แก้ไขโดยการควบคุมกระบวนการเชื่อม เช่น การใช้ F-clamp เพื่อล็อคตาแหน่ง การเชื่อมใน ลาดับที่ถูกต้อง ระยะเวลาในการเชื่อมที่เหมาะสมไม่ควรให้เกิดความร้อนมากเกินไป ซึ่งจะช่วยลด ความเสี่ยงในการบิดตัวนี้ได้ ดังรูปที่ 3.42 รูปที่ 3.47 ใช้ F-clamp เพื่อล็อคตาแหน่งของโครงรถ - ปีกนกที่ได้รับมาไม่สามารถใช้กับโครงรถนี้ได้ เนื่องจากมีขนาดที่สั้นระยะเลี้ยวไม่เพียงพอ เพราะเมื่อหมุนพวงมาลัยจนสุดตัวล้อจะติดกับโครงรถ แก้ไขโดยการออกแบบระยะปีกนกใหม่ให้มีความยาวมากขึ้น เพื่อที่ให้สามารถหมุนพวงมาลัย ได้โดยไม่ติดโครงรถ โดยการออกแบบก็ต้องคานึงถึง ความสามารถในการรับแรง เนื่องจากถ้ามีความ ยาวมากเกินไปอาจจะทาให้ปีกนกเกิดการหักหรือขาดได้ และ ตาแหน่งเมื่อมองจากหน้ารถจะมีระยะ ไม่ห่างกับล้อหลังมากเกินไป ดังรูป 3.43 โดยชิ้นข้างในจะเป็นตัวยึดปีกนกตัวเก่า 67 รูปที่ 3.48 ตัวยึดปีกนกตัวใหม่เมื่อเปรียบเทียบขนาดกับตัวยึดปีกนกตัวเก่า - ปั๊มเบรกจากการออกแบบแล้วควรจะติดอยู่กับแป้นเบรกที่บริเวณด้านหน้าของตัวโครงแต่ เนื่องจากพื้นที่หน้ารถที่ออกแบบมีพื้นที่ไม่พอสาหรับการวางปั๊มเบรก แก้ไขโดยการใช้เหล็กเพลาตันมาเป็นตัวช่วยส่งแรงไปยังปั๊มเบรกที่ย้ายตาแหน่งมาอยู่ด้านข้าง ของที่นั่งคนขับโดยทาการกลึงและต๊าปเกลียวขึ้นมาทั้งสองฝั่งเพื่อให้สามารถเข้ากับปั๊มเบรกและแป้น เบรกได้ ดังรูปที่ 3.44 รูปที่ 3.49 เพลาสอดผ่านตัวยึดปีกนก 68 บทที่ 4 ผลการทดสอบ(อุปกรณ์ต้นแบบ)/ผลการทดลอง/ผลลัพธ์การวิเคราะห์โดย ระเบียบวิธีเชิงตัวเลข 4.1 การทดสอบความสามารถในการรับโหลดของโครงรถ 4.1.1 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 1 รูปที่ 4.1 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 1 รูปที่ 4.2 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 1 69 4.1.2 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 2 รูปที่ 4.3 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 2 รูปที่ 4.4 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 2 70 4.1.3 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 3 รูปที่ 4.5 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 3 รูปที่ 4.6 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 3 71 4.1.4 ผลการทดสอบการรับโหลดโครงรถแบบที่ 4 รูปที่ 4.7 จุดข้อต่อรอยเชื่อมและตาแหน่งโหลดที่กระทาตามแนวแกนของโครงรถแบบที่ 4 รูปที่ 4.8 ทดสอบการเสียรูปของโครงรถแบบที่ 4 72 4.1.5 การเปรียบเทียบโครงรถแบบต่าง ๆ ตารางที่ 4.1 แสดงผลการรับโหลดของโครงรถแต่ละแบบ Weight Axial & Bending Deformation max แบบโครงรถ (Kg) max (MPa) (mm) 1 16.1 39.71 0.691 2 16.3 44.99 1.263 3 21.3 68.23 0.395 4 17.5 18.40 3.476 จากข้อมูลข้างต้นจะเห็นได้ว่า โครงรถแบบที่ 3 มีค่าความแข็งแรงต่อแรงดึงและแรงดัด สูง ที่สุดที่ 68.23 MPa และมีการเสียรูป ต่าสุดเพียง 0.395 mm แสดงให้เห็นว่าโครงรถแบบนี้สามารถ รับแรงได้ดีมาก โครงรถแบบที่ 4 แม้จะมีน้าหนักที่ไม่สูงนัก 17.5 กิโลกรัม แต่ค่าความแข็งแรงต่อแรงดึงและ แรงดัดต่าสุดที่ 18.40 MPa และมีการเสียรูปมากที่สุดถึง 3.476 mm โครงรถแบบที่ 1 แม้จะมีน้าหนักเบาที่สุดที่ 16.1 กิโลกรัม และมีการเสียรูปค่อนข้างน้อย 0.691 mm แต่ค่าการรับแรงอยู่ที่เพียง 39.71 MPa ซึ่งเหมาะสาหรับการรับแรงในทิศทางเดียว เท่านั้น โครงรถแบบที่ 2 มีความสมดุลระหว่างน้าหนัก ความแข็งแรง และการเสียรูป โดยมีค่าแรงดึง และแรงดัดสูงสุดอยู่ที่ 44.99 MPa และการเสียรูปสูงสุดที่ 1.263 mm ซึ่งยังอยู่ในเกณฑ์ที่ไม่เกิดการ เสียรูปถาวร (plastic deformation) มีน้าหนักที่ค่อนข้างเบาเพียง 16.3 กิโลกรัม 73 4.2 ผลการทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ การทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 0% หรือ ไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ นั้นสามารถทา โดยตั้งค่าในกล่องคอนโทรลให้ไม่มีแรงดันไฟฟ้าไหลย้อนกลับจากมอเตอร์และชาร์จกลับเข้าสู่ แบตเตอรี่ รูปที่ 4.9 กราฟความเร็วสูงสุดขณะทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ รูปที่ 4.10 กราฟระยะทางขณะทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ตารางที่ 4.2 ผลการทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ความเร็วสูงสุดขณะทดสอบ 30.36 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ระยะเวลาในการวิ่งขณะทดสอบ 29.99 วินาที ระยะทางที่วิ่งขณะทดสอบ 111.68 เมตร 74 4.3 การทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% การทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% นั้นสามารถทาโดยตั้งค่าในกล่องคอนโทรลให้ มีแรงดันไฟฟ้าไหลย้อนกลับจากมอเตอร์และชาร์จกลับเข้าสู่แบตเตอรี่เป็นปริมาณ 30% จากแรงดัน ไฟฟ้าทั้งหมด โดยค่า 30% นั้นเป็นค่าที่เหมาะสมสาหรับรถที่ขับเคลื่อน 4 ล้อ ตามคู่มือของผู้ผลิต กล่องคอนโทรล รูปที่ 4.11 กราฟความเร็วสูงสุดขณะทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% รูปที่ 4.12 กราฟระยะทางขณะทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ตารางที่ 4.3 ผลการทดสอบการวิ่ง ความเร็วสูงสุด แบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ความเร็วสูงสุดขณะทดสอบ 29.65 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ระยะเวลาในการวิ่งขณะทดสอบ 30.45 วินาที ระยะทางที่วิ่งขณะทดสอบ 116.49 เมตร 75 4.4 การทดสอบระบบกระแสไฟฟ้าทีไ่ หลย้อนกลับจากมอเตอร์ รูปที่ 4.13 ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลออกจากมอเตอร์ขณะปล่อยคันเร่ง ผลการทดสอบกระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับจากมอเตอร์ ในช่วงแรกจะเป็นการวัดแรงดันไฟฟ้า จากแบตเตอรี่ที่จ่ายให้กับมอเตอร์ซึ่งจะมีค่าลดลงเรื่อย ๆขณะเหยียบคันเร่ง เมื่อทาการปล่อยคันเร่ง ลิมิตสวิตช์จะทาการสั่งให้รีเลย์ทางาน รีเลย์จะทาการตัดไฟจากแบตเตอรี่ในขณะที่มีแรงดัน 48 โวลต์ และส่งแรงดันไฟฟ้าที่ไหลออกจากมอเตอร์ให้เข้าสู่คอนเวอเตอร์เพื่อแปลงแรงดันจาก 0-50 โวลต์ เป็น 0-5 โวลต์ และเข้าสู่ Arduino เพื่อเก็บข้อมูลในเวลาเดียวกับที่ลิมิตสวิตช์สั่งการด้วยสัญญาณดิจิทัล อินพุตเข้าสู่ Arduino 76 4.5 การทดสอบกล่องควบคุมระบบรีเจนเนอเรทีฟเบริกกิ่ง ในการทดสอบครั้งนี้ เราได้ตรวจสอบการทางานของระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง โดยมุ่งเน้นที่ ความสามารถในการตอบสนองเมื่อมีการยกและปล่อยคันเร่งในขณะขับขี่จริง เพื่อประเมินว่าระบบ สามารถชาร์จพลังงานกลับเข้าสู่แบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่ การทดสอบประกอบด้วยการขับรถในสภาวะปกติ โดยเริ่มจากการเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่อง จากนั้นผู้ขบั จะยกเท้าออกจากคันเร่งและปล่อยให้รถไถลไปจนหยุดนิ่ง ระหว่างการทดสอบได้ทาการ เก็บข้อมูลแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่ โดยแสดงผลออกมาในรูปแบบของกราฟ เพื่อให้เห็น ความเปลี่ยนแปลงของแรงดันในช่วงเวลาต่าง ๆ อย่างชัดเจน การทดสอบแบ่งออกเป็น 2 กรณีหลัก คือ: กรณีที่ไม่มีระบบชาร์จพลังงานกลับ (Non-Regenerative) กรณีที่มีระบบชาร์จพลังงานกลับ 30% (30% Regeneration Efficiency) การเปรียบเทียบระหว่างทั้งสองกรณีนี้จะช่วยให้เห็นภาพชัดเจนถึงประสิทธิภาพของระบบรีเจนเนอเร ทีฟเบรกกิ่ง ทั้งในด้านการจัดการพลังงานและการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานของรถไฟฟ้าขนาดเล็ก ต้นแบบ 4.5.1 ผลการทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ รูปที่ 4.14 ค่าแบตเตอรี่และแรงดันชาร์จพลังงานกลับ ทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ 77 การทดสอบระบบเจนเนอเรทีฟเบริกกิ่งแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ โดยการวัดค่าใน ช่วงแรกจะเป็นการวัดแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ที่จ่ายให้กับมอเตอร์ซึ่งจะมีค่าลดลงเรื่อย ๆ ขณะ เหยียบคันเร่ง เนื่องจากต้องจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ และในขณะที่ทาการปล่อยคันเร่งลิมิตสวิตช์ จะทาการสั่งให้รีเลย์ทางานและวัดแรงดันไฟฟ้าที่ไหลออกจากมอเตอร์รวมถึงเก็บบันทึกข้อมูลไว้ใน SD-Card แต่เนื่องจากการทดสอบเป็นการทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ จึงไม่มีแรงดันไหล เข้ากล่องคอนโทรลและชาร์จกลับเข้าแบตเตอรี่ 4.5.2 ผลการทดสอบแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ รูปที่ 4.15 ค่าแบตเตอรี่และแรงดันชาร์จพลังงานกลับ ทดสอบแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% การทดสอบระบบรีเจนเนอเรทีฟเบริกกิ่งแบบมีชาร์จพลังงานกลับ 30% โดยการวัดค่าใน ช่วงแรกจะเป็นการวัดแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ที่จ่ายให้กับมอเตอร์ซึ่งจะมีค่าลดลงเรื่อย ๆขณะ เหยียบคันเร่ง เนื่องจากต้องจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ เช่นเดียวกับการทดสอบแบบไม่มีชาร์จพลังงานกลับ และ ในขณะที่ทาการปล่อยคันเร่งลิมิตสวิตซ์จะทาการสั่งให้รีเลย์ทางาน และวัดแรงดันไฟฟ้าที่ไหล ออกจากมอเตอร์และเก็บข้อมูลไว้ใน SD-card และแรงดันที่ได้จากการชาร์จพลังงานกลับจะเป็น แรงดันไฟฟ้าที่ไหลออกมาจากมอเตอร์ขณะทางานเป็นเครื่องปั่นไฟ เมื่อมีพลังงานจลน์จากการ ขับเคลื่อน จะมีแรงดันไฟฟ้ากลับเข้าสู่กล่องคอนโทรลเป็นปริมาณ 30% ตามที่ตั้งค่าไว้ในกล่อง คอนโทรล 78 4.6 การทดสอบระยะทางรอบตึกวิศวกรรมศาสตร์ไป-กลับ การทดสอบนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินสมรรถนะของรถต้นแบบในสภาพการใช้งานจริงบน ถนน โดยเส้นทางการทดสอบจะมีทั้งลูกระนาด การชะลอความเร็วเพื่อเข้าโค้ง และช่วงทางตรงที่ เพียงพอให้รถสามารถเร่งถึงความเร็วสูงสุดได้ การเก็บข้อมูลแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่: ความเร็วสูงสุด: วัดโดยใช้แอปพลิเคชัน Physics Toolbox บนโทรศัพท์มือถือ ระยะทางที่วิ่งได้: วัดโดยใช้แอปพลิเคชัน Strava ข้อมูลที่ได้จะนามาใช้ในการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการขับขี่ และพิจารณาความเหมาะสมของ ระบบต่าง ๆ ที่ติดตั้งในรถต้นแบบ 4.6.1 ผลการทดสอบระยะทางแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ รูปที่ 4.16 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ตารางที่ 4.4 ผลการทดสอบระยะทางแบบไม่มกีารชาร์จพลังงานกลับ ระยะทางที่ทาการทดสอบ 0.53 กิโลเมตร ระยะเวลาที่ใช้ในการทดสอบ 2.14 นาที ความเร็วเฉลี่ย 14.4 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วสูงสุด 29.6 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปริมาณแบตเตอรี่ที่ลดลงหลังจากทดสอบ 5 เปอร์เซ็นต์ 79 4.6.2 ผลการทดสอบระยะทางแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% รูปที่ 4.17 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งแบบไม่มีการการชาร์จพลังงานกลับ ตารางที่ 4.5 ผลการทดสอบระยะทางแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 30% ระยะทางที่ทาการทดสอบ 0.52 กิโลเมตร ระยะเวลาที่ใช้ในการทดสอบ 2.20 นาที ความเร็วเฉลี่ย 13.6 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วสูงสุด 26.4 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปริมาณแบตเตอรี่ที่ลดลงหลังจากทดสอบ 4 เปอร์เซ็นต์ 80 4.7 การทดสอบรอบสนามกีฬากลางแจ้งอาคารปฏิบัติการวิทยาศาสตร์การกีฬา (อาคาร 94) การทดสอบในครั้งนี้จัดขึ้นบริเวณสนามกีฬากลางแจ้งของอาคารปฏิบัติการวิทยาศาสตร์การ กีฬา (อาคาร 94) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนและระบบรีเจน เนอเรทีฟเบรกกิ่ง ในสภาพการใช้งานจริง โดยการทดสอบจะเน้นไปที่การวัดระยะทางที่สามารถวิ่งได้ เพิ่มขึ้นจากพลังงานที่ถูกชาร์จกลับเข้าสู่ระบบระหว่างการเบรก การทดสอบแบ่งออกเป็น 2 หัวข้อหลัก ดังนี้: การวิ่งระยะทาง 2 และ5 กิโลเมตร ทดสอบการขับขี่รถในระยะทางคงที่จานวน 2 และ5 กิโลเมตร เพื่อสังเกตการทางานของระบบ รีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง โดยเฉพาะในช่วงที่มีการลดความเร็วหรือเบรก ซึ่งเป็นช่วงที่ระบบจะทาการ เปลี่ยนพลังงานจลน์กลับมาเป็นพลังงานไฟฟ้าและส่งกลับเข้าสู่แบตเตอรี่ เพื่อดูว่าการวิ่งในระยะนี้มี ผลต่อสถานะของแบตเตอรี่อย่างไร เช่น ปริมาณพลังงานที่สามารถชาร์จกลับได้จริง และอัตราการ สิ้นเปลืองพลังงานโดยรวม การวัดระยะทางที่สามารถวิ่งได้จากการชาร์จเต็ม 100% เป็นการทดสอบเพื่อหาว่ารถสามารถวิ่งได้ไกลแค่ไหนจากพลังงานไฟฟ้าที่ชาร์จเต็มหนึ่งครั้ง โดยจะเก็บข้อมูลระยะทางรวมที่รถสามารถวิ่งได้จนกว่าแบตเตอรี่จะหมด รวมถึงสังเกตว่าระบบรีเจน เนอเรทีฟเบรกกิ่งช่วยยืดระยะทางการใช้งานออกไปได้มากน้อยเพียงใด โดยเปรียบเทียบกับระยะทาง ที่วิ่งได้ในกรณีไม่มีระบบเบรกแบบนี้ ผลจากการทดสอบนี้จะช่วยให้เห็นภาพรวมของประสิทธิภาพระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งได้ ชัดเจนยิ่งขึ้น ทั้งในแง่ของการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ และการเพิ่มประสิทธิภาพในการวิ่งต่อ รอบการชาร์จ ซึ่งเป็นข้อมูลสาคัญสาหรับการปรับปรุงและพัฒนาตัวต้นแบบในอนาคต 81 4.7.1 การทดสอบการวิ่งระยะทาง 2 กิโลเมตร รูปที่ 4.18 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 2 กิโลเมตรแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ตารางที่ 4.6 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ระยะทางที่ทาการทดสอบ 2.19 กิโลเมตร ระยะเวลาที่ใช้ในการทดสอบ 9.50 นาที ความเร็วเฉลี่ย 13.4 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปริมาณแบตเตอรี่ที่ลดลงหลังจากทดสอบ 15 เปอร์เซ็นต์ รูปที่ 4.19 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 2 กิโลเมตรแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ 82 ตารางที่ 4.7 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ ระยะทางที่ทาการทดสอบ 2.36 กิโลเมตร ระยะเวลาที่ใช้ในการทดสอบ 9.17 นาที ความเร็วเฉลี่ย 15.3 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปริมาณแบตเตอรี่ที่ลดลงหลังจากทดสอบ 15 เปอร์เซ็นต์ 4.7.2 การทดสอบการวิ่งระยะทาง 5 กิโลเมตร รูปที่ 4.20 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 5 กิโลเมตรแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ตารางที่ 4.8 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ระยะทางที่ทาการทดสอบ 5.07 กิโลเมตร ระยะเวลาที่ใช้ในการทดสอบ 20.16 นาที ความเร็วเฉลี่ย 15.0 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปริมาณแบตเตอรี่ที่ลดลงหลังจากทดสอบ 32 เปอร์เซ็นต์ 83 รูปที่ 4.21 เส้นทางที่ใช้ทดสอบการวิ่งรอบสนามกีฬา 5 กิโลเมตรแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ ตารางที่ 4.9 ผลการทดสอบวิ่งรอบสนามกีฬาแบบมีการชาร์จพลังงานกลับ ระยะทางที่ทาการทดสอบ 5.05 กิโลเมตร ระยะเวลาที่ใช้ในการทดสอบ 17.56 นาที ความเร็วเฉลี่ย 16.9 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ปริมาณแบตเตอรี่ที่ลดลงหลังจากทดสอบ 24 เปอร์เซ็นต์ 4.7.3 ระยะทางที่สามารถวิ่งได้จากการชาร์จเต็ม 100% เมื่อนาผลการทดสอบที่ได้มาทาการคาดการณ์ และเปรียบเทียบระยะทางที่สามารถวิ่งได้จาก การชาร์จเต็ม 100% ระหว่างแบบมีการชาร์จกลับ และ ไม่มีการชาร์จกลับ ได้ผลลัพธ์ดงั นี้ ตารางที่ 4.10 การเปรียบเทียบระหว่างแบบมีระบบการชาร์จกลับและไม่มีการชาร์จกลับ แบบไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ แบบมีการชาร์จพลังงานกลับ ระยะทางที่วิ่งได้ 5.07 กิโลเมตร ระยะทางที่วิ่งได้ 5.05 ระยะทางที่คาดการณ์ 15.84 กิโลเมตร ระยะทางที่คาดการณ์ 21.04 กิโลเมตร 84 กิโลเมตร บทที่ 5 สรุปผลการออกแบบ 5.1 ผลการออกแบบโครงรถ จากตาราง 4.1 โครงรถแบบที่ 1 มีค่า bending และ deformation ต่าที่สุดและมีน้าหนักเบา ที่สุด เนื่องจากตัวโครงทามาจากเหล็กท่อหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้าทาให้เมื่อออกแบบโดยให้หน้าตัดด้าน ยาว ขนานกับแรงที่กระทาในทิศทางลง โมเมนต์ความเฉื่อยของหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้าจะมีค่ามากกว่า โมเมนต์ความเฉื่อยของเหล็กท่อหน้าตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งเมื่อเชื่อมล้อหน้าเข้าที่ด้านข้างของโครงรถนี้ อาจส่งผลให้โครงรถเกิดการบิดงอได้ นอกจากนี้โครงรถแบบที่ 1 ไม่มีพื้นที่เพียงพอสาหรับติดตั้งชุด อุปกรณ์ควบคุม จึงจาเป็นต้องพิจารณาโครงรถในแบบที่ 2, 3 และ 4 โครงรถแบบที่ 3 ค่า bending ที่มากที่สุดอยู่ที่บริเวณที่จะเชื่อมล้อเข้ากับโครง เมื่อนาไปใช้จริง อาจเกิดความเสียหายได้เนื่องจากแรงกระแทกเมื่อขับผ่านพื้นผิวที่ขรุขระได้และโครงสร้างมีการผสม ระหว่างเหล็กท่อหน้าตัดกลม และเหล็กเหล็กท่อหน้าตัดจัตุรัสซึ่งยากต่อการเชื่อม โครงรถแบบที่ 4 นั้นมีความสามารถในการกระจายแรงได้ดีที่สุดโดยดูจากค่า bending ที่มาก ที่สุด อยู่ที่บริเวณที่คนขับนั่งแต่ไม่เกินค่า Yield ของเหล็ก ในขณะเดียวกันก็เกิดการเสียรูปมากที่สุด เนื่องจากมีความกว้างของเหล็กที่ตัดกันมากกว่าแบบที่ 2 และตัวเสาที่ตั้งขึ้นเพื่อป้องกันคนขับมีมุม เอียงจึงเชื่อมได้ยาก ในท้ายที่สุดจึงได้พิจารณาโครงรถแบบที่ 2 โดยโครงรถแบบที่ 2 มีค่า bending ที่มากที่สุด ณ ตาแหน่งที่คนขับนั่งอยู่ ระหว่างโครงรถแบบที่ 3 และแบบที่ 4 ทาให้การเสียรูปอยู่ระหว่างโครงรถ แบบที่ 3 และแบบที่ 4 เช่นกัน แต่มีน้าหนักเบากว่าซึ่งเป็นผลดีต่อการสร้างเพราะเมื่อดาเนินการสร้าง โครงรถของจริงแล้ว น้าหนักจะเพิ่มขึ้นกว่าที่ได้ออกแบบไว้จากอุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมและ ขับเคลื่อน ดังนั้นจึงต้องคานึงถึงน้าหนักของโครงรถให้มีค่าน้อยที่สุดเท่าที่สามารถทาได้และต้อง สามารถสร้างขึ้นเป็นชิ้นงานจริงได้ ดังนั้น จึงเลือกโครงรถแบบที่ 2 เป็นต้นแบบในการสร้างชิ้นงานจริง เนื่องจากมีความสมดุล ระหว่างประสิทธิภาพและความสามารถในการผลิต อีกทั้งยังสามารถรองรับการติดตั้งระบบขับเคลื่อน และระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งได้อย่างมั่นคงและปลอดภัย 85 5.2 ผลการทดสอบประสิทธิภาพการขับเคลื่อน จากการทดสอบสมรรถนะของรถโกคาร์ทต้นแบบภายใต้เงื่อนไข 2 กรณี คือ 1. กรณี ไม่มีระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง 2. กรณี มีระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งในอัตราประสิทธิภาพ 30% พบว่า การติดตั้งระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งมีผลต่อความเร็วสูงสุดที่รถสามารถทาได้ - ในกรณี ไม่มีระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง รถสามารถทาความเร็วสูงสุดได้ที่ 30.38 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และสามารถวิ่งได้ระยะทางรวม 111.68 เมตร ก่อนที่แรงเฉื่อยของรถจะหมดลงและหยุดนิ่ง - ในกรณี ที่มีการติดตั้งระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง (30%) ความเร็วสูงสุดที่ทาได้ลดลงเล็กน้อยมาอยู่ที่ 29.85 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยระบบจะเริ่มทางานทันทีที่ มีการปล่อยคันเร่งหรือเริ่มเบรก เพื่อเปลี่ยนพลังงานจลน์ส่วนหนึ่งกลับมาเป็นพลังงานไฟฟ้าและชาร์จ กลับเข้าสู่แบตเตอรี่ การลดลงของความเร็วสูงสุดนี้อาจเกิดจากแรงต้านเพิ่มเติมที่เกิดขึ้นจากกระบวนการรีเจนเนอเรทีฟ ซึ่งเป็นกลไกภายในของระบบที่แปลงพลังงานกลับ ทาให้เกิดแรงต้านต่อการหมุนของล้อในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม การลดลงของความเร็วอยู่ในระดับเล็กน้อยและยังคงอยู่ในช่วงที่รถสามารถใช้งานได้ ตามปกติ สรุปได้ว่า การติดตั้งระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งแม้จะส่งผลต่อความเร็วสูงสุดเล็กน้อย แต่ยังคงให้ ประโยชน์ในแง่ของการกู้คืนพลังงาน ซึ่งสามารถช่วยยืดระยะเวลาการใช้งานของแบตเตอรี่ในระยะ ยาว และเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานโดยรวมของรถต้นแบบ 86 5.3 ผลการวัดค่ากระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับจากมอเตอร์ จากรูปที่ 4.13 กราฟในรูปแสดงลักษณะการทางานของระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง โดย เริ่มต้นเมือ่ สัญญาณดิจิทัลอินพุตมีการเปลี่ยนสถานะจาก 0 เป็น 1 ซึ่งเกิดขึ้นในกรณีที่ผู้ขับทาการ ปล่อยคันเร่งไฟฟ้า หรือยกเท้าออกจากคันเร่ง ในช่วงเวลานี้ รีเลย์จะทาหน้าที่ตัดการจ่ายไฟฟ้าจาก แบตเตอรี่ทันที ขณะที่ยังคงมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 48 โวลต์ จากนัน้ มอเตอร์ไฟฟ้าจะเปลี่ยน สถานะการทางานจากมอเตอร์ขับเคลื่อนมาเป็นเจนเนอเรเตอร์ โดยจะอาศัยพลังงานจลน์ที่รถสะสมไว้ ในขณะวิ่ง สร้างกระแสไฟฟ้ากลับเข้าสู่ระบบแบตเตอรี่ กระบวนการนี้จะดาเนินต่อไปเรื่อย ๆ จนกว่า รถจะชะลอและหยุดนิ่ง ซึ่งสามารถสังเกตได้จากกราฟว่า แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่ผลิตได้จาก มอเตอร์จะค่อย ๆ ลดลงตามความเร็วของล้อที่ลดลง และเข้าสู่สภาวะนิ่งในที่สุด ลักษณะของกราฟ ในช่วงนี้จะมีความชันลดลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็น ลักษณะเฉพาะของช่วงที่ระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรก กิ่ง ทางานอยู่ โดยแสดงให้เห็นถึงการแปลงพลังงานจลน์กลับมาเป็นพลังงานไฟฟ้าอย่างมี ประสิทธิภาพ 5.4 ผลการวัดค่ารีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง จากการวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในระบบเบรกกิ่ง พบว่าการทดสอบในกรณีที่มีการรีเจน เนอเรทีฟเบรกกิ่ง แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปหลังจากสิ้นสุดการทางาน ของมอเตอร์ ดังรูปที่ 4.15 แสดงให้เห็นว่าพลังงานที่เกิดจากการเบรกถูกส่งกลับไปยังแบตเตอรี่ บางส่วน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบการใช้พลังงานและลดการสูญเสียพลังงานโดยไม่จาเป็น ในทางตรงกันข้าม กรณีที่ไม่มีการรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่ง ดังรูปที่ 4.14 แรงดันไฟฟ้าของ แบตเตอรี่ลดลงทันทีหลังจากหยุดจ่ายพลังงานให้มอเตอร์ แสดงให้เห็นว่าพลังงานจลน์ที่เกิดจากการ เบรกถูกปล่อยทิ้งไปในรูปของความร้อนที่ตัวต้านทานเบรก ซึ่งส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงานโดยไม่ มีการนากลับมาใช้ใหม่ จากผลการทดลองดังกล่าวสามารถสรุปได้ว่า การใช้ระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งในรถไฟฟ้า ขนาดเล็กช่วยให้สามารถนาพลังงานที่เกิดจากการเบรกกลับมาใช้ใหม่ ลดการสูญเสียพลังงาน และ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบโดยรวม สรุปการติดตั้งระบบรีเจนเนอเรทีฟเบรกกิ่งในรถไฟฟ้าขนาดเล็กช่วยให้สามารถนาพลังงานจาก การเบรกกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสียพลังงานที่ไม่จาเป็น และส่งผลให้ระบบ ขับเคลื่อนมีความคุ้มค่าทางพลังงานมากยิ่งขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ 87 5.5 ผลการทดสอบระยะทางที่รถสามารถวิ่งได้ต่อการชาร์จ 1 ครั้ง จากการทดสอบการใช้งานของระบบขับเคลื่อนที่มีและไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ พบว่า ระยะทางที่รถสามารถวิ่งได้ต่อการชาร์จเต็มหนึ่งครั้งมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจน ทั้งนี้จากการ ทดสอบในระยะทาง 5 กิโลเมตร และนาค่าที่ได้มาทาการคาดการณ์เพื่อเปรียบเทียบศักยภาพในการ วิ่งต่อการชาร์จหนึ่งครั้งระหว่างทั้งสองระบบ พบว่า ในกรณี ไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ รถสามารถวิ่งได้จริงที่ระยะทาง 5.07 กิโลเมตร และเมื่อ คานวณคาดการณ์ตามข้อมูลที่ได้จากการทดลอง พบว่าระยะทางสูงสุดที่สามารถวิ่งได้จากการชาร์จ เต็มหนึ่งครัง้ อยู่ที่ 15.84 กิโลเมตร ในกรณี มีการชาร์จพลังงานกลับ รถสามารถวิ่งได้จริงใกล้เคียงกันที่ระยะทาง 5.05 กิโลเมตร แต่เมื่อทาการคานวณคาดการณ์ พบว่าระยะทางสูงสุดที่สามารถวิ่งได้จากการชาร์จเต็มหนึ่งครั้ง เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสาคัญ โดยสามารถวิ่งได้ถึง 21.04 กิโลเมตร จากผลการทดสอบข้างต้นสามารถสรุปได้ว่า ระบบการชาร์จพลังงานกลับมีส่วนช่วยเพิ่ม ประสิทธิภาพของระยะทางที่รถสามารถวิ่งได้ต่อการชาร์จหนึ่งครั้งได้อย่างชัดเจน กล่าวคือ ในสภาพ การขับขี่ที่ใกล้เคียงกัน ระบบที่มีการชาร์จพลังงานกลับสามารถเพิ่มระยะทางการวิ่งได้ถึงประมาณ 33% เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีการชาร์จพลังงานกลับ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความคุ้มค่าและประสิทธิภาพ ของการนาพลังงานกลับมาใช้ใหม่ในระบบขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้า 88 เอกสารอ้างอิง [1] เยลโล่เซอร์วิส [Online], Available: https://www.yellowservise.com/ [24 มีนาคม 2568] [2] ธนากร ใจยา [Online], Available: http://www.me.eng.up.ac.th/images/project/2561Tawatchai.pdf [24 มีนาคม 2568] [3] ANJUL CHAUHAN, DESIGN AND ANALYSIS OF A GO-KART [Electronic], Vol. 3, No. 5, 2016, pp. 30-31, Available: International Journal of Aerospace and Mechanical Engineering [24 มีนาคม 2568] https://www.ijamejournals.com/pdf/rps161152.pdf [4] Advances in Social Science, “Education and Humanities Research” Testing Low rpm BLDC Generator as Power Plant for Remote Areas [Electronic], Vol. 528, No. 7, pp. 405, Available: International Conference on Research, Implementation, and Education of Mathematics and Sciences (ICRIEMS 2020) [24 มีนาคม 2568] [5] huahaomotors [Online], Available: https://th.huahaomotors.com/info/what-is-abldc-motor--89476688.html?utm_source=chatgpt.com [24 มีนาคม 2568] [6] SKILL LINK [Online], Available: https://skill-lync.com/student-projects/week-11challenge-braking-380 [24 มีนาคม 2568] [7] SEMANTIC SCHOLAR [Online], Available: https://www.semanticscholar.org/paper/Regenerative-Braking-System-inAutomobiles- Patil/9344603f0084fba1063cc4f580a4e3b4b14c1f80 [24 มีนาคม 2568] [8] TOP SPEED TRAINNING [Online], Available: https://topspeedtraining.wordpress.com/2011/07/11/steering-system/ [24 มีนาคม 2568] [9] NIKOYO BRAKE [Online], Available: https://www.nikoyobrake.com/ [24 มีนาคม 2568] [10] UBUY [Online], Available: https://www.ubuy.co.th/th/product/4MD5E9OE444inch-go-karts-rear-axle-shaft-kit-for- atv-quad-go-kart-golf-cart-come-with-rearaxle-pair-of-pillow-blocks-sprocket-brake-disc-pair- of-4 [24 มีนาคม 2568] 89 [11] JMSEAT [Online], Available: https://www.jmseat.com/sport-seat/racingseat/adjustable-racing-car-seat.html [24 มีนาคม 2568] [12] UBUY [Online], Available: https://www.ubuy.co.th/th/product/2BJ1QGGO-wheelstires-10-4-50-5-inches-and-11-6-0- 5-inches-for-go-kart-drift-trike-buggy-front-andrear-durab [24 มีนาคม 2568] [13] SOLAR THAILAND [Online], Available: https://www.solarthailand.co.th/TM/Product/BLDC-1000W-48V/ [24 มีนาคม 2568] [14] EBIKE THAIKIT [Online], Available: https://shorturl.asia/xvkO8 [24 มีนาคม 2568] [15] Angelina Zeng [Online], Available: https://th.ainbattery.com/rechargeable-highquality12v-12ah-li-ion-battery-3s6p-lithium-ion-batteries-packs.html [24 มีนาคม 2568] [16] Taizhou Votol Technology Co. [Online], Available: https://votol.cn/product/votolem-50-4/ [24 มีนาคม 2568] [17] thaiconveter [Online], Available: https://www.thaiconverter.com/product/66/dcstep-down-48-96v-to-12v-20a-250w [24 มีนาคม 2568] [18] ThaiPick [Online], Available: https://thaipick.com/product/lazada/2493941 [24 มีนาคม 2568] [19] Schneider [Online], Available: https://eshop.se.com/th/miniature-circuit-breakerc60h-2-poles-25-a-c-curve-config.html [24 มีนาคม 2568] [20] PBASUUPLY [Online], Available: https://www.pbasupply.net/home/product2/?id=821 [24 มีนาคม 2568] [21] WISCO Industrial Instrument [Online], Available: https://www.wisco.co.th/main/model/sc98 [24 มีนาคม 2568] [22] RS Components Co., Ltd. [Online], Available: https://th.rsonline.com/web/p/power-relays/2711910 [24 มีนาคม 2568] [23] ตงกวน ฟวิน อิเล็กทรอนิกส์ บจก. จากัด [Online], Available: https://th.led-tactswitch.com/info/what-s-the-ac-power-socket-81036473.html [24 มีนาคม 2568] 90 [24] Schneider [Online], Available: https://eshop.se.com/th/key-selector-switch-22-2positions-stay-put-1no1-config.html [24 มีนาคม 2568] [25] AutomationCAD [Online], Available: https://shorturl.at/drjMR [24 มีนาคม 2568] [26] GenLogic [Online], Available: https://shorturl.at/ZnGNu [24 มีนาคม 2568] [27] RS Components Co., Ltd. [Online], Available: https://th.rsonline.com/web/p/limit-switches/3860423 [24 มีนาคม 2568] [28] S2 innovation [Online], Available: https://s2ins.com/product/inductive-proximitysensor-20mm-pnp-no-m30-tube-lj30a3-20-z-by/ [24 มีนาคม 2568] [29] INFINITY ENGINEERING SHOP [Online], Available: http://www.infinityrobotic.com/product/7/arduino-uno-r3-mega328patmega16u2-for-arduino-compatible-%E0%B8%AA%E0%B8%B2%E0%B8%A2-usb%E0%B8%A2%E0%B8%B2%E0%B8%A7-30-cm [24 มีนาคม 2568] [30] ROBOTSIAM [Online], Available: https://www.robotsiam.com/product/127/%E0%B9%82%E0%B8%A1%E0%B8%94 %E0%B8%B9%E0%B8%A5-i2c-lcd%E0%B8%9E%E0%B8%A3%E0%B9%89%E0%B8%AD%E0%B8%A1%E0%B8%AB% E0%B8%99%E0%B9%89%E0%B8%B2%E0%B8%88%E0%B8%AD-lcd-1602 [24 มีนาคม 2568] [31] Focus Technology Co., Ltd. [Online], Available: https://th.made-inchina.com/co_naccon/product_Rechargeable-Cylinder-Lithium-Battery-18650-5VLi-ion-Battery-Naccon-Made-in-China_rruysgeig.html [24 มีนาคม 2568] [32] R. C. Hibbeler, Engineering Mechanics Statics, London: Pearson, 2015. [33] R. C. Hibbeler, Engineering Mechanics Dynamics, London: Pearson, 2012. [34] ชัชพงษ์ เขมทรัพย [Online], Available: https://www.tisi.go.th/data/lab/pdf/machanical_properties.pdf [24 มีนาคม 2568] [35] GDCustomStyle [Online], Available: https://gd110hucustomstyle.blogspot.com/2018/02/blog-post_20.html [24 มีนาคม 2568] 91 [36] FuriiShop [Online], Available: https://shorturl.asia/Umyda [24 มีนาคม 2568] [37] https://unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/wp29/wp29regs/2017/R138r1e.pdf [38] TÜV SÜD [Online], Available: https://shorturl.asia/7RrUh [24 มีนาคม 2568] [39] JIS G3101 [Online], Available: https://th.lksteelpipe.com/jis-g3101-carbon-steelplate [24 มีนาคม 2568] [40] JIS G3454 [Online], Available: https://www.pacificpipe.co.th/files/Catalog_PacificJIS%20G3452.pdf [24 มีนาคม 2568] [41] JIS G3466 [Online], Available: https://www.pacificpipe.co.th/files/Catalog_PacificJIS%20G3466(1).pdf [24 มีนาคม 2568] [42] EUROLAB [Online], Available: https://www.eurolab.net/th/testler/urun-guvenliktestleri/iec-62660-elektrikli-karayolu-tasitlarinin-tahriki-icin-ikincil-lityum-iyonpilleri/ [24 มีนาคม 2568] [43] ศูนย์สารสนเทศยานยนต์ [Online], Available: https://data.thaiauto.or.th/component/content/article.html?id=9390:tis30262564&catid=7&Itemid=172 [24 มีนาคม 2568] [44] CASTLE LEARNING [Online], Available: https://cl.castlelearning.com/Review/Reference/phys1b.htm [24 มีนาคม 2568] [45] https://www.physics.utoronto.ca/~jharlow/teaching/phy131s10/class11/class11.pdf [46] https://www.princeton.edu/~maelabs/hpt/mechanics/mecha_55.htm [47] Willem Mazzotti Pallard [Online], Available: https://www.researchgate.net/figure/Density-of-air-for-different-temperatures-atatmospheric-pressure-Incropera-et-al_tbl4_337875439 [24 มีนาคม 2568] [48] Yontrakan CO., LTD. [Online], Available: https://www.35yontrakan.com/products/och-set-rchud-428-14-40t-106l-osaki 92 ภาคผนวก ก ทฤษฎีกลศาสตร์ของของแข็ง (Solid Mechanics) 93 ผลของแรงเสียดทาน แรงเสียดทานหมายถึง แรงที่กระทาต่อกันระหว่างวัตถุ 2 ก้อนจะมีทั้งแรงในแนวตั้งฉาก และ แรงในแนวเส้นสัมผัส สภาวะเช่นนี้เราเรียกว่าความเสียดทาน ระหว่างวัตถุทั้งสองและแรงในแนว สัมผัสนี้ททาหน้าที่ต้านหรือลดการเคลื่อนที่เรียกว่าแรงเสียดทาน ความเสียดทานที่เกิดขึ้นมีทั้งข้อดี และข้อเสียข้อดีเช่น การเดิน การวิ่ง การเบรกรถ ลิ่ม การขันสกรู ล้วนแต่ต้องการอาศัยความเสียด ทานทั้งสิ้น ข้อเสียเช่นทาให้ชิ้นส่วนเครื่องจักรสึกหรอ สิ้นเปลืองพลังงาน ในความเป็นจริงผิวสัมผัส ทั้งหลายย่อมมีความเสียดทานทั้งสิ้น โดยชนิดแรงเสียดทานแบ่งออกเป็น 4 ชนิด ด้วยกัน Free body diagram ของแรงที่กระทากับมวล [32] ความเสียดทานแห้ง หรือ ความเสียดทานคูลอมบ์ เป็นความเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็ง 2 ก้อนที่ลื่นไถล หรือพยายามเลื่อน ออกจากกันโดยผิวสัมผัสระหว่างกันไม่มีสารหล่อลื่น พฤติกรรมของแรงที่กระทาต่อวัตถุขณะเริ่มต้นเคลื่อน [33] 94 เป็นความเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็ง 2 ก้อนที่ลื่นไถล หรือพยายามเลื่อน ออกจากกันโดยผิวสัมผัสระหว่างกันไม่มีสารหล่อลื่นจากรูปถ้าใส่แรง P ในแนวราบบนวัตถุแรง P จะ ทาให้วัตถุเคลื่อนที่ไปในแนวราบ ขณะที่แรง P มีขนาดเล็กวัตถุยังไม่เคลื่อนที่ จะมีแรงต้านการ เคลื่อนที่แนวราบ F เรียกว่าแรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส ( Nature of contact surface ) ว่าเป็นลักษณะไหนขณะที่วัตถุยังไม่เคลื่อนที่ซึ่งหมายความว่าแรงอยู่ ในสภาวะสมดุลดังนั้นแรง F = P เมื่อเพิ่มแรง P มากขึ้นแรงเสียดทานจะเพิ่มตามแรงเสียดทานจะมี ค่าสูงสุด ( F = Fs ) ถ้าแรง P มากกว่านี้วัตถุจะเคลื่อนที่แนวราบหรือลื่นไถล sliding เราเรียกสภาวะนี้ ว่าวัตถุกาลังจะเคลื่อนที่ ถ้าหากแรง P เพิ่มมากขึ้นแรงเสียดทานจะไม่สามารถต้านการเคลื่อนที่วัตถุ จะเคลื่อนที่หรือไถลไปแรงเสียดทานที่พื้นกับวัตถุยังคงมีอยู่และมีขนาดเล็กลงเป็นค่า Fk ซึ่งเราจะ เรียกว่าแรงเสียดทานจลน์ ค่าของแรงเสียดทานจลน์จะแปรผันกับแรงลัพธ์ N 𝐹𝑘 = 𝜇𝑘 𝑁 (1.1) โดยที่ 𝜇𝑘 มักจะถูกเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ ( Coefficient of kinetic friction ) แรงต้านทานการหมุนล้อ เป็นความต้านทานในการกลิ้งของวัตถุกลมบนพื้นความต้านทานต่อการกลิ้งหมายถึงแรงที่ต้าน การหมุนหรือกลิ้งของล้อให้ช้าลงซึ่งจะแตกต่างกับความเสียดทานแห้งเนื่องจากจุดสัมผัสของล้อไม่ได้ ไถลจากพื้นจึงสามารถหลีกเลี่ยงความเสียดทานของการลื่นไถล ลักษณะพฤติกรรมของแรงต้านทานการหมุนของล้อ 95 ความเค้น ความเค้น หมายถึง ความเค้นที่เกิดจากการรับภาระจากภายนอกในทิศทางตั้งฉากกับ พื้นที่หน้าตัดโดยความเค้นสามารถหาได้ดังสมการ 𝜎= โดย 𝑁 (𝑚 2 ) 𝐴 𝜎 คือ ความเค้น ( Pa ) 𝑃 คือ แรงที่กระทาที่ตั้งฉากต่อพื้นที่หน้าตัด ( N ) 𝐴 คือ พื้นที่หน้าตัด ( m2 ) 𝜎= โดย 𝑃 𝑀𝐶 𝐼 𝑁 (𝑚 2 ) 𝜎 คือ ความเค้น ( Pa ) 𝑀 คือ โมเมนต์ ( N.m ) 𝑐 คือ ระยะทางตั้งฉากจากแกนสมมุติจนไปถึงจุดที่สนใจ ( m ) 𝐼 คือ โมเมนต์ความเฉื่อย (Moment of inertia) ( m4 ) (1.2) (1.3) โดยสามารถแบ่งความเค้นออกเป็น 3 ชนิด ตามลักษณะของแรงที่มากระทา - ความเค้นแรงดึง ความเค้นแรงดึง เกิดขึ้นเมื่อมีแรงดึงมากระทาตั้งฉากกับพื้นที่ภาคตัดขวาง โดยแรงดังกล่าวมี พฤติกรรมพยายามแยกวัสดุให้ขาดจากกัน - ความเค้นแรงอัด ความเค้นแรงอัด เกิดขึ้นเมื่อมีแรงกดมากระทาตั้งฉากกับพื้นที่ภาพตัดขวางเพื่อพยายามทาให้ วัสดุมีขนาดสั้นลงตามแนวแรง 96 ความเค้นแรงเฉือน ความเค้นเฉือน หมายถึง ความเค้นที่เกิดจากการรับภาระจากภายนอกในทิศทางที่ขนานกับ พื้นที่หน้าตัดโดยความเค้นเฉือนสามารถหาได้ดังสมการ 𝜏= โดย 𝑇𝐶 𝐽 𝑁 (𝑚 2 ) 𝜏 คือ ความเค้นเฉือน ( Pa ) 𝑇 คือ แรงบิด ( N.m ) 𝑐 คือ ระยะทางตั้งฉากจากแกนสมมุติจนไปถึงจุดที่สนใจ ( m ) 𝐽 คือ โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงขั้ว ( m ) (1.4) ลักษณะของแรงกระทาชนิดต่างๆ [34] การเลือกใช้เพลา เพลาเป็นชิ้นส่วนที่หมุนหรือไม่หมุน โดยลักษณะทั่วๆไปมีหน้าตัดกลมเพลานั้นอาจใช้ส่งถ่าย กาลังไปยังชิ้นส่วนต่างๆเช่น เฟือง ล้อสายพาน และชิ้นส่วนส่งกาลังอื่นๆ เพลานั้นต้องรองรับภาระ ต่างๆ ได้แก่ Bending Loads, Tension Loads, Compressive Loads หรือ Torsion Loads ซึง่ ภาระเหล่านี้อาจกระทาเพียงอย่างเดียวหรือกระทาพร้อมกันหลายๆ อย่างในขณะเดียวกันและต้อง ออกแบบให้เหมาะสมตามโหลดที่มากระทา 97 แผนภาพวัตถุอิสระ เมื่อเพลาที่ออกแบบมาแล้วถูกกระทาโดยแรงภายนอกแล้ว ชิ้นส่วนโครงสร้างจะถูกกระทาโดย แรงภายใน ซึ่งเราสามารถหาได้จากการเขียนแผนภาพวัตถุอิสระและสมการสมดุล Free-body Diagram internal Load [33] แผนภาพแรงเฉือน และ แผนภาพโมเมนต์ดัด เมื่อเพลาถูกกระทาโดยแรงภายนอกแล้วจะต้านทานต่อแรงกระทาโดยใช้แรงเฉือนภายใน V และ Bending moment ภายใน M โดยโมเมนต์ดัดนั้นจะเปลี่ยนไปตามแนวแกน โดยสิ่งที่สาคัญที่สุด ในการออกแบบคานคือ การหาค่าสูงสุดของแรงเฉือน และค่าสูงสุดของโมเมนต์ดัดและตาแหน่งที่ กระทา แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดที่เกิดขึ้นภายใน [32] 98 การเลือกแบบเพลา เมื่อหาความเค้น และ ความเค้นเฉือนแล้วจะสามารถหาขนาดรัศมีของเพลาได้โดยใช้ทฤษฎี ความเค้นเฉือนสูงสุด ได้ด้วยสมการ Stress transformation ดังสมการ (1.5) โดย 𝑐 คือ รัศมีของเพลาที่เล็กที่สุดที่สามารถนามาใช้งานได้ ( m ) 𝜏allow คือ ความเค้นเฉือนที่อนุญาตให้เกิดขึ้นได้ ( Pa ) 𝑀 คือ โมเมนต์ ( N.m ) 𝑇 คือ แรงบิด ( N.m ) 𝑆. 𝐹. คือ ค่าความปลอดภัย ( Safety Factors ) 99 ภาคผนวก ข การเขียนคาสั่งในโปรแกรม Arduino IDE 100 ตัวอย่างโค้ด #include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h> #include <SPI.h> #include <SD.h> #define SENSOR_PIN 2 // ขาอินพุตจากเซนเซอร์ #define SD_CS 10 // ขาของ SD Card Module #define ANALOG_PIN A0 // ขาอินพุตสาหรับอ่านค่าแรงดัน #define DIGITAL_INPUT 3 // ขาสัญญาณที่ใช้กาหนดการเก็บค่า (HIGH = Regen, LOW = Battery) LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); volatile int pulseCount = 0; unsigned long lastMillis = 0; unsigned long lastDisplayMillis = 0; unsigned long lastDataLogMillis = 0; unsigned long startMillis = 0; float wheelDiameter = 10.0 * 0.0254; // เส้นผ่านศูนย์กลางของล้อ (10 นิ้ว แปลงเป็น เมตร) float wheelCircumference = wheelDiameter * 3.141592; // คานวณเส้นรอบวง float totalDistance = 0; float speed = 0; char fileName[20]; File logFile; // ขนาดของอาร์เรย์ที่ใช้เก็บข้อมูล 101 const int dataSize = 100; float regen[dataSize] = {0}; // เก็บค่าเมื่อ Digital Input = HIGH float battery[dataSize] = {0}; // เก็บค่าเมื่อ Digital Input = LOW int regenIndex = 0; int batteryIndex = 0; // ฟังก์ชันคานวณค่าเฉลี่ยในอาร์เรย์ float calculateAverage(float array[], int size) { if (size == 0) return 0; // ป้องกันการหารด้วย 0 float sum = 0.0; for (int i = 0; i < size; i++) { sum += array[i]; } return sum / size; } void countPulse() { pulseCount++; } void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(SENSOR_PIN, INPUT); pinMode(ANALOG_PIN, INPUT); pinMode(DIGITAL_INPUT, INPUT); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(SENSOR_PIN), countPulse, RISING); lcd.begin(16, 2); 102 lcd.backlight(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Initializing..."); if (!SD.begin(SD_CS)) { Serial.println("SD Card failed!"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("SD Error!"); while (1); } Serial.println("SD Card Ready"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("SD Ready!"); delay(2000); lcd.clear(); // สร้างชื่อไฟล์ CSV ใหม่ int fileIndex = 1; do { snprintf(fileName, sizeof(fileName), "log_%d.csv", fileIndex++); } while (SD.exists(fileName)); logFile = SD.open(fileName, FILE_WRITE); if (logFile) { logFile.println("Time (s),Speed (km/h),Distance (m),Regen,Battery"); logFile.close(); } 103 startMillis = millis(); } void loop() { unsigned long currentMillis = millis(); unsigned long elapsedTime = (currentMillis - startMillis) / 1000; // อ่านค่า Analog (0 - 1023) และ Mapping (0-5V → 0-50) int rawValue = analogRead(ANALOG_PIN); float mappedValue = map(rawValue, 0, 1023, 0, 50); // อ่านค่าจาก Digital Input (D3) int digitalState = digitalRead(DIGITAL_INPUT); // เก็บค่าลงอาร์เรย์ if (digitalState == HIGH) { if (regenIndex < dataSize) { regen[regenIndex] = mappedValue; regenIndex++; } else { regenIndex = 0; // วนกลับไปเก็บใหม่ } } else { if (batteryIndex < dataSize) { battery[batteryIndex] = mappedValue; batteryIndex++; 104 } else { batteryIndex = 0; // วนกลับไปเก็บใหม่ } } // บันทึกค่าทุก 1 วินาที if (currentMillis - lastDataLogMillis >= 1000) { lastDataLogMillis = currentMillis; // คานวณความเร็วและระยะทาง detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(SENSOR_PIN)); float rpm = (pulseCount * 60.0) / 4.0; speed = (rpm * wheelCircumference) / 1000.0 * 60.0; totalDistance += (speed / 3.6); pulseCount = 0; attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(SENSOR_PIN), countPulse, RISING); // คานวณค่าเฉลี่ยของ regen และ battery float avgRegen = calculateAverage(regen, regenIndex); float avgBattery = calculateAverage(battery, batteryIndex); // บันทึกลง SD Card logFile = SD.open(fileName, FILE_WRITE); if (logFile) { logFile.print(elapsedTime); logFile.print(","); logFile.print(speed, 2); logFile.print(","); 105 logFile.print(totalDistance, 2); logFile.print(","); logFile.print(avgRegen, 2); logFile.print(","); logFile.println(avgBattery, 2); logFile.close(); } // แสดงผลทาง Serial Monitor Serial.print("Time: "); Serial.print(elapsedTime); Serial.print("s | Speed: "); Serial.print(speed); Serial.print(" km/h | Distance: "); Serial.print(totalDistance); Serial.print(" m | Regen: "); Serial.print(avgRegen); Serial.print(" | Battery: "); Serial.println(avgBattery); } // แสดงผลบนจอ LCD ทุก 0.5 วินาที if (currentMillis - lastDisplayMillis >= 500) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Spd: "); lcd.print(speed, 2); lcd.print("km/h"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Dst: "); lcd.print(totalDistance, 2); lcd.print("m"); lastDisplayMillis = currentMillis; } } 106

Abstract

The regenerative braking system is a technology that helps improve the energy efficiency of vehicles by converting kinetic energy lost during braking into electrical energy for reuse. This study aims to test and analyze the efficiency of the regenerative braking system by building a prototype go-kart equipped with this system. The project involves designing and developing the structure of the go-kart, as well as installing a mechanical braking system and an electrical energy storage system, including testing the performance of the system under different driving conditions. The results obtained from the experiments will be analyzed to evaluate the energy storage efficiency, energy loss reduction, and the impact on vehicle performance. The results of this study can be used as a guideline for the development of energysaving braking system technologies for electric vehicles in the future and can be applied in the design of energy storage systems to enhance the efficiency of drive systems in small vehicles.

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

AM-2567-013

ชื่อเรื่อง

ออกแบบและสร้างรถไฟฟ้าขนาดเล็ก / Design&Build Small Electric Car

ผู้จัดทำ

ณัฐนัย ชูแก้ว, ณัฐภัทร โรยเรณู, เจนภพ เร่งบุญมา, ณพวุฒิ บูรณกิจวิสูตร

อาจารย์ที่ปรึกษา

ผศ.ดร.สุวณิช จิตศิริพาณิช

ปีการศึกษา

2567 (C.E. 2024)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2lwpb0032ncyrww9w0gt5