MỞ ĐẦU....................................................................... 8

Chương 1. TỔNG QUAN Ô TÔ HYBRID............................................... 10

1.1. Khái niệm Ô tô Hybrid................................................................... 10

1.2. Ưu nhược điểm của ô tô hybrid....................................................... 11

1.2.1. Ưu điểm của ô tô hybrid................................................................. 11

1.2.2. Nhược điểm của ô tô hybrid............................................................ 13

1.3. Phân loại ô tô hybrid...................................................................... 14

1.3.1. Phân loại theo công suất động cơ điện............................................ 14

1.4. Nguyên lý hoạt động của xe Hybrid................................................ 19

1.4.1. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện. ….23

1.4.2. Các bộ phận chính của ô tô Hybrid................................................ 23

1.4.3. Nguyên lý hoạt động của ô tô Hybrid............................................. 23

1.5. Lịch sử phát triển dòng xe Hybrid Prius của Toyota...................... 24

1.5.1. Khái quát về Hybrid Toyota........................................................... 24

1.5.2. Lich sử phát triển dòng xe Hybird Prius của Toyota...................... 24

Chương 2. KHAI THÁC CÁC HỆ THỐNG TRÊN TOYOTA PRIUS..... 29

2.1. Động cơ đốt trong........................................................................... 29

2.1.1. Hệ thống van biến thiên VVT-I và chu trình Atkinson................... 31

2.1.2. Hệ thống bướm ga thông minh ETCS-i:.......................................... 34

2.2. Động cơ điện................................................................................... 35

2.2.1. Động cơ điện MG1.......................................................................... 35

2.2.2. Động cơ điện MG2.......................................................................... 36

2.3. Hệ thống truyền lực........................................................................ 38

2.3.1.  Đĩa giảm chấn................................................................................. 38

2.3.2. Bộ phân chia công suất (Power split device)................................... 40

2.3.3. Bộ giảm tốc..................................................................................... 43

2.4. Cụm pin điện áp cao ( pin HV)....................................................... 46

2.4.1. ECU Battery ( ECU của cụm pin)................................................... 47

2.4.2. Trạng thái nạp (State Of Charge-SOC)........................................... 48

2.4.3. Hệ thống Rơle chính....................................................................... 48

2.4.4. Hệ thống làm mát pin..................................................................... 50

2.4.5. Acquy phụ...................................................................................... 50

2.5. Các chế độ vận hành của hệ thống Hybrid...................................... 51

2.5.1. Xe bắt đầu lăn bánh........................................................................ 51

2.5.2. Động cơ đốt trong được khích hoạt................................................. 52

2.5.3. Tăng tốc nhẹ với động cơ................................................................ 52

2.5.4. Tốc độ thấp ổn định....................................................................... 53

2.5.5. Tăng tốc tối đa................................................................................ 53

2.5.6. Tốc độ cao ổn định......................................................................... 54

2.5.7. Tốc độ tối đa................................................................................... 55

2.5.8. Giảm tốc độ và phanh.................................................................... 55

2.5.9. Chế độ lùi xe:.................................................................................. 57

Chương 3. KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN TOYOTA PRIUS…58

3.1. Tổng quan hệ thống điều khiển điện tử trên Toyota Prius.............. 58

3.2. Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ 1NZ−FXE...................... 59

3.2.1. Hệ thống các cảm biến.................................................................... 60

3.2.2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (Distributorless ignition systems)....... 67

3.2.3. Hệ thống điều khiển thời điểm phối khí (VVT-i)............................. 69

3.2.4. Motor bướm ga............................................................................... 70

3.2.5. Hệ thống phun xăng điện tử EFI..................................................... 71

3.2.6. Hệ thống làm mát........................................................................... 72

3.3. Bộ điều khiển trung tâm Hybrid Vehicle Control (HVECU)........... 76

3.3.1. Cảm biến bàn đạp ga...................................................................... 77

3.3.2. Cảm biến vị trí cần số..................................................................... 79

3.3.3. Điều khiển Hệ thống rơ le chính..................................................... 81

3.3.4. Điều khiển Skid ECU..................................................................... 83

3.3.5. Điều khiển ECU pin....................................................................... 84

3.3.6. Điều khiển động cơ MG1 và MG2.................................................. 85

3.4. Điều khiển bộ chuyển đổi............................................................... 85

3.4.1. Điều khiển bộ chuyển đổi điện áp (Boost converter)...................... 86

3.4.2. Điều khiển bộ biến tần.................................................................... 88

3.4.3. Điều khiển bộ chuyển đổi DC/DC.................................................. 95

3.4.4. Điều khiển bộ biến tần A/C............................................................ 96

3.4.5. Hệ thống làm mát bộ chuyển đổi và động cơ điện.......................... 97

3.5. Hệ thống mạch nguồn trên Toyota Prius........................................ 98

KẾT LUẬN..................................................................101

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................102

xe hybrid đầu tiên trên thế giới nhưng từ khi Prius ra mắt với nhiều ưu điểm vượt trội thì các nhà sản suất xe khác mới đầu tư vào hybrid. Vì những lý do đó tôi chọn đề tài “KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ HYBRID TRÊN TOYOTA PRIUS” trong phạm vi đề tài này tôi sẽ tập trung vào tìm hiểu hệ thống điều khiển điện tử hybrid trên Toyota Prius thế hệ 2 (2004-2009) vì so với thế hệ 1(1997-2003) là thế hệ đầu tiên nên nhiều hệ thống chưa tối ưu, thế  hệ 2 là thế hệ có sự cải tiến mạnh mẽ làm nền tảng cho tất cả các phương tiện hybrid về sau của Toyota mà Toyota gọi hệ thống điều khiển là HYBRID SYNERGY DRIVE.

Nội dung chính của đồ án bao gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan ô tô hybrid;

Chương 2: Khai thác các hệ thống trên Toyota Prius;

Chương 3: Khai thác hệ thống điều khiển điện tử trên Toyota Prius.

Sau quá trình làm đồ án, với sự nỗ lực cao của bản thân, sự chỉ dẫn tận tình của thầy: Ths………………. và các thầy trong khoa Ô tô. Trong quá trình làm đồ án không thể tránh được những thiếu sót về mặt kiến thức cũng như kỹ năng trình bày. Vì vậy kính mong được các thầy chỉ bảo và đóng góp để nội dung đồ án ngày càng hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương 1. TỔNG QUAN Ô TÔ HYBRID

1.1  Khái niệm Ô tô Hybrid

Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc-quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. 

Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô này.

Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid nhiệt điện hoạt động trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại đường dài hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng... Chứ không thể sử dụng ô tô hybrid nhiệt điện thay hẳn các loại ôtô khác vì tính công nghệ lai còn nhiều hạn chế, mà cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ năng lượng điện để cấp cho động cơ điện, vì nếu dùng bình ăc quy thông thường thì không hiệu quả.

1.2. Ưu, nhược điểm của ô tô hybrid

1.2.1. Ưu điểm của ô tô hybrid

Xe hybrid nói chung đều có thêm nhiều cụm chi tiết hơn so với xe sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống, như hệ thống motor điện hay cụm pin, tuy nhiên đổi lại chúng ta có một chiếc xe mới nhiều ưu điểm.

a. Thân thiện với môi trường

Điều đầu tiên khi nói về một phương tiện hybrid là thân thiện với môi trường, những dòng xe hybrid sử dụng nhiên liệu tiết kiệm hơn từ 30% - 60% so với xe sử dụng nhiên liệu hóa thạch, từ đó giảm lượng khí thải đáng kể.

b. Tiết kiệm nhiên liệu

Đây có lẽ là ưu tiên hàng đầu khi chọn mua một phương tiện hybrid đối với mọi người. Nhờ sử dụng kết hợp năng lượng điện và năng lượng hóa thạch, bên cạnh đó còn sử dụng hệ thống phanh tái sinh để tận dụng nguồn năng lượng dư thừa nên mức tiêu hao của một chiếc xe hybrid sẽ rất thấp.

1.2.2. Nhược điểm của ô tô hybrid

a. Chi phí ban đầu cao

Nhược điểm thứ nhất của những chiếc xe hybrid là giá ban đầu thường cao. Mặc dù người lái có thể tiết kiệm xăng nhưng giá mua của một chiếc hybrid thường cao hơn một chiếc xe truyền thống, nguyên nhân do một phần chi phí nghiên cứu và phát triển những công nghệ cũng như những cụm chi tiết quan trọng như cụm pin dung lượng cao, hệ thống chuyển đổi điện mà các motor hiệu năng cao.

c. Chi phí bảo dưỡng cao

Nhược điểm thứ hai của xe hybrid là chi phí bảo dưỡng cao. Một phần vì động cơ của xe hybrid phức tạp hơn xe chạy xăng thông thường, một phần vì không phải ga-ra nào cũng có đủ trình độ và thiết bị để đảm nhận công việc này. Thường thì chủ xe sẽ phải mang chiếc xe hybrid của mình vào hãng để bảo dưỡng.

1.3. Phân loại ô tô hybrid

Có nhiều cách để phân loại ô tô hybrid tuy nhiên hiện nay người ta có 2 cách phân loại chủ yếu sau:

1.3.1 Phân loại theo công suất động cơ điện

Kiểu phân loại theo công suất động cơ điện đang được các hãng sử dụng để phân loại các dòng xe hybrid của mình vì người dùng khi nghe đến rất dễ nhận biết các loại hybrid. 

a. Hybrid nhẹ

Đúng như tên gọi, Hybrid nhẹ là cấp độ thấp nhất của dòng xe hybrid. Một số hãng còn gọi hệ thống hybrid nhẹ như EQ Boost trên Mercedes hay xDrive trên BMW và thường đây là tùy chọn thêm. Trên hệ thống hybrid nhẹ sẽ được bố trí một motor điện có công suất nhỏ, khoảng dưới 20 Hp. Động cơ điện này được cung cấp bởi cụm pin 48 V có dung lượng nhỏ nhưng vẫn lớn hơn đáng kể so với ác quy 12V thông thường.

Ngoài ra nhờ cụm pin dung lượng vừa phải nên các hệ thống sử dụng nhiều năng lượng như hệ thống điều hòa nhiệt độ, mobin điện, hệ thống treo khí nén và nhiều hệ thống khác sẽ được duy trì nhờ cụm pin 48 V.

c. Plug-in Hybrid

Plug-in Hybrid là cấp độ cao nhất của xe hybrid, như tên gọi của nó plug- in có nghĩa là cắm vào. Điều này có nghĩa là xe plug-in hybrid sẽ có phích cắm điện nhằm mục đích sạc lại cho cụm pin dung lượng lớn.

Lợi ích lớn nhất mà plug-in mang lại là dòng xe này có mức tiêu hao nhiên liệu thấp kỷ lục chỉ từ 2L/100 km đến 3L/100 km đường hỗn hợp.

1.3.2. Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện

a. Kiểu nối tiếp

Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho động cơ điện .

b. Kiểu song song

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả động cơ nhiệt và motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền moment chính còn motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc.

1.5. Lịch sử phát triển dòng xe Hybrid Prius của Toyota

1.5.1. Khái quát về Hybrid Toyota

Prius trong tiếng anh latinh có nghĩa là “To go begore” (phải đi trước). Toyota chọn tên này bỏi vì xe prius là những chiếc xe đầu tiên trong việc bảo vệ môi trường. Sự gia tăng dân số cùng với sự phát triển kinh tế trong những thập kỷ gần đây đã làm tăng sự tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên toàn thế giới. Đối mặt với thử thách này, Toyota đã phát triển xe Hybrid giảm thiểu gây ô nhiễm môi trường

1.5.2. Lich sử phát triển dòng xe Hybird Prius của Toyota

Những năm đầu thập niên 90, công việc kinh doanh của Tyota hết sức thuận lợi. Cũng vào thời điểm này, nền kinh tế của nhật bản đang lên đỉnh điểm của sự thịnh vượng và dường như không bao giờ chấm dứt. Tuy nhiên, điều này cũng tiềm ẩn nguy cơ xảy ra khủng hoàng.

Sau khi ra mắt Toyota tới tấp nhận được thư yêu cầu từ các khách hàng tiềm năng và chỉ một tháng sau ngày ra mắt, họ nhận được 3.500 đơn đặt hàng, gấp ba lần doanh số mục tiêu mà Toyota đưa ra.

Qua Chương 1 ta đã tìm hiểu về khái niệm ô tô hybrid, ưu nhược điểm của xe hybrid, nguyên lý hoạt động và các bộ phận chỉnh của ô tô hybrid và tìm hiểu về lịch sử của dòng xe hybrid phổ biến nhất thế giới là Toyota Prius.

Chương 2. KHAI THÁC CÁC HỆ THỐNG TRÊN TOYOTA PRIUS

Các bộ phận chính trên Toyota Prius: Để đạt được con số ấn tượng 3,92L/100Km là cả một hệ thống hoạt động hiệu suất cao. Để cả hệ thống hoạt động hoàn hảo trơn tru thì trên Prius bao gồm 6 bộ phận chính: Động cơ nhiệt, động cơ điện, bộ chuyển đổi điện, bộ phân chia công suất, hệ thống acquy điện áp cao, cụm hệ thống điều khiển trung tâm.

2.1. Động cơ đốt trong

Động cơ sử dụng trên Toyota Prius là 1NZ-FXE, được xây dựng trên nền tảng của động cơ 1NZ-FE mà Toyota sử dụng phổ biến trên những mẫu xe class B của hãng, tuy nhiên nhìn vào tên mã có thêm vào hậu tố X có nghĩa là động cơ chạy trên chu trình Atkinson, các kỹ sư Toyota đã tuỳ chỉnh lại bao gồm thay đổi thời điểm phối khí, tỉ số nén nhằm đem lại sự tối ưu trong dải vòng tua máy hoạt động của Prius.

Động cơ 1NZ-FXE có 4 xy lanh thẳng hàng dung tích 1.5l với hệ thống VVT-I (hệ thống điều khiển thời điểm nạp thông minh) và hệ thống ETCS-i (hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh). Động cơ 1NZ-FXE bao gồm một số sự điều chỉnh giúp đặc tính cân đối, tính kinh tế và nhiên liệu và khí thải được sạch đối với xe Hybrid.

2.1.1 Hệ thống van biến thiên VVT-I và chu trình Atkinson

Một điểm khác biệt lớn của động cơ 1NZ-FXE so với đa số các động cơ đốt trong bây giờ đó là không hoạt động theo chu trình Otto, mà nhờ điều chỉnh lại thời điểm đóng xupap nạp giúp cho động cơ hoạt động theo chu trình Atkinson. Điều này tạo ra thay đổi mối tương quan giữa thì nén và thì giãn nỡ. 

2.1.2. Hệ thống bướm ga thông minh ETCS-i:

Chiều dài của ống nạp được rút ngắn lại để cải thiện hiệu suất dòng khí nạp và ống nạp được tích hợp để giảm khối lượng. Thân bướm ga được lắp đặt phía dưới dòng khí trung tâm của bộ điều áp để đạt được sự phân phối dòng khí nạp đều đặn hơn.

2.3. Hệ thống truyền lực

2.3.1. Đĩa giảm chấn

Toyota Prius là dòng xe hybrid động cơ xăng kết hợp với động cơ điện, vì vậy động cơ xăng chỉ hoạt động khi ở các điều kiện nhất định, các trường hợp khi xe hoạt động ở tốc độ thấp động cơ xăng không hoạt động. Do đó để quá trình động cơ xăng tham gia vào chuyển động của xe một cách mượt mà thì đĩa giảm chấn có vai trò quan trọng trong tạo cảm giác mượt mà khi xe phối hợp các nguồn công suất khác nhau.

2.3.3. Bộ giảm tốc

Để moment từ bộ phân chia công suất ra đến bánh xe còn qua bộ giảm tốc để khuếch đại moment lên bao gồm cặp bánh răng đai xích và 2 cặp bánh răng ăn khớp và bộ vi sai.

Bộ giảm tốc sử dụng trên Prius thế hệ 2 có sự khác biệt khi trên thế hệ đầu Bộ giảm tốc có tỉ số truyền là 3,905 so với 4,113. Điều đó cho thấy xe có moment lớn hơn, cảm giác xe mạnh hơn nhưng tốc độ tối đa vẫn đảm bảo vì tốc độ tối đa trên MG1(6500v/p lên 10000v/p) và Động cơ xăng (4500v/p lên 5000v/p) đã tăng so với thế hệ trước.

2.4. Cụm pin điện áp cao (pin HV)

2.4.1. ECU Battery ( ECU của cụm pin)

ECU Battery tính toán cường độ dòng điện nạp / xả và điện lượng đầu ra cần thiết rồi gửi tính hiệu cho hộp điều khiển hybrid để trạng thái nạp được duy trì liên tục ở mức tối ưu.

ECU ước tính lượng nhiệt sinh ra trong quá trình nạp và xả rồi điều chỉnh quạt làm mát để duy trì nhiệt độ cụm pin HV ở mức phù hợp

ECU theo dõi nhiệt độ và điện áp của ắc quy và nếu một sự cố được phát hiện, có thể hạn chế hoặc ngừng nạp và xả để bảo vệ pin HV.

2.4.3. Hệ thống Rơle chính

Hệ thống Rơle chính (SMR) kết nối và ngắt kết nối nguồn với mạch điện áp cao dựa trên các tính hiệu từ HVECU. Tổng cộng có ba rơle (một nối với cực âm và hai nối với cực dương ) cung cấp để đảm bảo hoạt động chính xác.

Khi nhận được tín hiệu tắt, SMR2 và SMR3 được TẮT theo thứ tự đó và HVECU xác minh lại rằng các rơle đã ở trạng thái tắt hay chưa.

2.4.5. Acquy phụ

Pin 12V này cung cấp năng lượng cho các hệ thống trong xe tương tự như một chiếc xe thông thường như các ECU, điện đèn. Cực âm được nối thẳng vào khung kim loại của xe. Acquy phụ sẽ được nạp thông qua bộ chuyển đổi.

2.5. Các chế độ vận hành của hệ thống Hybrid

2.5.1. Xe bắt đầu lăn bánh

Khi người lái bắt đầu đạp ga thì HVECU sẽ điều khiển cung cấp năng lượng từ pin HV đến MG2. Nhờ và đặc tính moment lớn và tức thì MG2 dễ dàng di chuyển xe từ trạng thái dừng một cách mượt mà. Ở tốc độ dưới 24km/h thì chỉ có MG2 hoạt động, động cơ đốt trong có thể được khởi động nếu SOC ở mức thấp nhằm nhiệm vụ quay MG1 để sạc lại pin HV.

2.5.4. Tốc độ thấp ổn định

Khi xe đang chạy ở chế độ tải thấp, bộ truyền hành tinh sẽ chia công suất động cơ ra hai phần. Một phần truyền đến các bánh xe chủ động, phần còn lại kéo MG1 để phát điện đến bộ biến đổi cung cấp cho MG2 hoạt động bổ sung công suất đến các bánh xe chủ động.

2.5.6. Tốc độ cao ổn định

Khi xe chạy ở tốc độ cao ổn định động cơ và MG2 hoạt động, MG1 hoạt động ở chế độ phanh nhờ vào HBV cung cấp dòng điện ngược để giữ MG1 ở trạng thái đứng yên nhằm tăng tỉ số truyền.

2.5.9. Chế độ lùi xe:

Khi di chuyển xe ngược lại, máy phát 2 quay ngược lại như là một động cơ điện. Động cơ ngừng hoạt động.máy phát 1 quay theo hướng về phía trước và chỉ chạy cầm chừng, nó không tạo ra điện.

Chương 2 đề cập đến các thành phần chủ yếu tham gia vào hoạt động của ô tô hybrid. Hiểu về chu trình Atkinson và lợi ích của nó, đặc tính của động cơ MG1 MG2, và hệ thống truyền lực được xem là cốt lõi của hệ thống hybrid. Bên cạch đó còn đề cập đến hệ thống pin điện áp cao được xem là trái tim của hệ thống hybrid và các chế độ vận hành để thấy được sự phối hợp nhịp nhàng mà bộ phân chia công suất mang lại.

Chương 3.  KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN TOYOTA PRIUS

3.1  Tổng quan hệ thống điều khiển điện tử trên Toyota Prius

Toyota Prius là chiếc xe đầu tiên của Toyota sử dụng hệ thống Hybrid với sự kết hợp giữa động cơ đốt trong hiệu suất cao với động cơ điện mạnh mẽ mang lại hiệu quả về mặt khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Để chiếc xe hoạt động với 2 nguồn công suất khác nhau một cách mượt mà thì Toyota đã thiết kế ra hệ thống điều khiển điện tử gọi là Hybrid Synergy drive.

Hybrid Vehicle Control (HVECU) Đây là bộ não của tín hiệu nhận và gửi tín hiệu từ tất cả các bộ phận (dịch chuyển, tăng tốc, tắt nguồn) thành hành động của các bộ phận trong hệ thống HSD.

Gateway ECU cung cấp liên lạc bằng mạng LAN (Mạng cục bộ)

3.2. Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ 1NZ−FXE

Engine control module (ECM) đảm nhiệm vai trò điều khiển động cơ đốt trong hoạt động bao gồm điều khiển phun xăng, thời điểm đánh lửa, motor nước làm mát, van VVTi, motor bướm ga sau khi xử lý các dữ liệu đầu vào như các cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước…

3.2.1. Hệ thống các cảm biến

a. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp (Mass Air Flow Sensor) và nhiệt độ khí nạp

Chức năng: Cảm biến đo khối lượng khí nạp MAF (Mass Air Flow Sensor) được dùng để đo khối lượng dòng khí nạp đi vào động cơ và chuyển thành tín hiệu điện áp gửi về ECM động cơ. ECM sẽ sử dụng tín hiệu cảm biến MAF để tính toán lượng phun xăng cơ bản và tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản. 

Vị trị: nằm ở sau lọc không khí trước cổ góp đường ống nạp.

Nguyên lý của bộ đo gió kiểu nhiệt dựa trên sự phụ thuộc của năng lượng nhiệt W thoát ra từ một điện trở nhiệt được nung nóng bằng điện, còn gọi là phần tử nhiệt.

b. Cảm biến vị trí trục cam và trục khuỷu

Chức năng: Cảm biến vị trí trục cam Camshaft Position Sensor và cảm biến vị trí trục khuỷu nắm một vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển của động cơ. ECM sử dụng tín hiệu này để xác định vị trí piston của máy số 1 và các máy khác, đồng thời xác định vị trí của trục cam để xác định thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa.

d. Cảm biến kích nổ:

Cảm biến kích nổ được đặt bên hông thân động cơ làm nhiệm vụ phát hiện kích nổ trong động cơ. Cảm biến chứa tinh thể thạch anh, nếu động cơ xảy ra rung động với tần số từ 6kHz đến 13 kHz (tần số khi xảy ra kích nổ) thì tinh thể thạch anh dao động tạo ra điện áp - 2.5V cấp về ECM, ECM điều khiển thời điểm đánh lửa được chậm lại cho đến khi hết xảy ra hiện tượng kích nổ.

f. Cảm biến hỗn hợp nhạt (A/F)

Cảm biến A/F là cảm biến đo tỉ lệ không khí/ nhiên liệu. Khác với cảm biến oxy cho ra kết quả trong phạm vi hẹp là hỗn hợp giàu hay nghèo thì ở cảm biến A/F hoạt động ở phạm vi rộng hơn tỉ lệ A/F có thể từ 11÷19.

3.2.2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (Distributorless ignition systems)

Hệ thống đánh lửa trực tiếp là hệ thống đánh lửa điện tử bán dẫn về nguyên tắc tạo tia lửa cao áp vẫn sử dụng bobin (biến áp đánh lửa) nhưng thay vì chia tia lửa cao áp đến từng buji thông qua bộ chia điện thì trong hệ thống này lại chia các xung điện thứ cấp đến các bobin. Mỗi bobin chịu trách nhiệm tạo tia lửa điện cho một buji.

Việc điều khiển đánh lửa hoàn toàn do ECU điều khiển bằng cách gửi các tín hiệu IGT1(IGT2, IGT3, IGT4) đến đúng IC của máy theo đúng thứ tự công tác IC sẽ điều khiển dòng điện qua cuận sơ cấp của các bô bin thực hiện đánh lửa cho đúng với hoạt động của động cơ.

3.2.4. Motor bướm ga

Việc điều khiển độ mở của bướm ga tự động thông qua mô tơ điều khiển bướm ga, đây là một mô tơ điện một chiều có độ nhậy r ất cao và tiêu thụ ít năng lượng , được lắp ngay bên hông của thân bướm ga và được nối với cần điều khiển bướm ga thông qua các bánh răng giảm tốc. 

3.2.6. Hệ thống làm mát:

Khác với các hệ thống làm mát thông thường trên xe oto. Toyota Prius có những điểm cải tiến nhằm giảm mức khí thải xuống tối đa.

3.3. Bộ điều khiển trung tâm Hybrid Vehicle Control (HVECU)

HVECU là bộ điều khiển trung tâm trong hệ thống điều khiển điện tử trên Toyota Prius, HVECU là nơi tiếp nhận những thông tin từ động cơ, tốc độ và các cảm biến cần thiết cho quá trình hoạt động từ đó tiến hành xử lý và điều khiển các cụm hệ thống khác hoạt động.

HVECU kiểm soát và điều khiển MG1, MG2, động cơ đốt trong, kiểm soát quá trình phanh tái tạo và cụm pin HVB từ những yếu tố đầu vào được xác định bởi vị trí sang số, vị trí chân ga và tốc độ xe.

HVECU theo dõi trạng thái nạp và nhiệt độ của HVB (thông qua Battery ECU), MG1 và MG2 để kiểm soát tối ưu và có những điều chỉnh phù hợp.

3.3.1. Cảm biến bàn đạp ga

Trên Toyota Prius được trang bị hệ thống bướm ga điện tử thông minh ETCS-I tương tự như những chiếc xe thế hệ mới của Toyota. Điều này mang lại sự tối ưu cho xe phù hợp với nhiều chế độ lái đồng thời đem lại sự tối ưu nhiên liệu.

3.3.2. Cảm biến vị trí cần số

Cảm biến vị trí cần số có nhiệm vụ thông báo cho HVECU biết về vị trí số vừa gài, từ đó có những tín hiệu điều khiển cho các thành phần khác trong HSD để thực hiện theo mong muốn của người điều khiển.

3.3.4. Điều khiển Skid ECU

Skid ECU có nhiệm vụ tính toán lực phanh cần thiết so với lực đạp phanh của người lái sau đó gửi tín hiệu yêu cầu lực phanh tái sinh về HVECU để HVECU điều khiển MG2 làm nhiệm vụ phanh tái sinh. Ngoài ra, còn thực hiện điều khiển hệ thống phanh ABS với EBD, Hỗ trợ phanh,và tăng cường VSC.

3.4. Điều khiển bộ chuyển đổi

Bộ chuyển đổi đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống Hybrid. Bộ chuyển đổi gồm 4 cụm chính: bộ chuyển đổi điện áp, bộ biến tần, bộ hạ áp 12V, bộ biến tần A/C.

3.4.1. Điều khiển bộ chuyển đổi điện áp (Boost converter)

Bộ chuyển đổi điện áp có nhiệm vụ đưa từ điện áp 201,6V 1 chiều từ HVB đến mức điện áp định mức 500V 1 chiều cung cấp cho MG1 và MG2 hoạt động.

Bộ chuyển đổi điện áp cũng có nhiệm vụ chuyển từ dòng 1 chiều 500V của MG1 khi MG1 tạo ra điện hay của MG2 trong quá trình phanh tái sinh thành dòng điện 1 chiều 201,6 V để sạc cho HVB.

3.4.2. Điều khiển bộ biến tần

Chức năng bộ biến tần: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều (pin HV) thành dòng điện xoay chiều 3 pha ( cho MG1 và MG2) và ngược lại chuyển đổi dòng điện xoay chiều tạo ra từ MG1 hoặc MG2 thành dòng điện 1 chiều để sạc cho cụm pin HV

3.4.4. Điều khiển bộ biến tần A/C

Chức năng: Biến tần A/C chuyển đổi điện áp của pin HV từ DC 201.6V đến AC 201.6V và cung cấp năng lượng để vận hành máy nén điện của hệ thống A/C.

3.5. Hệ thống mạch nguồn trên Toyota Prius

Trên Toyota Prius vì sử dụng hệ thống hybrid nên có sự kết hợp giữa mạch điện áp thấp và mạch điện áp cao. Vì vậy trên Prius Toyota đã sử dụng ECU điều khiển nguồn.

Chức năng: Power source control ECU (ECU quản lý nguồn) có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ người điều khiển xe thông qua nút nhấn Power, ECU quản lý nguồn sẽ điều khiển rơ le nguồn.

Chương 3 là chương trọng tâm của đồ án với nhiệm vụ tìm hiểu về cách một hệ thống ECU điều khiển chiếc xe hybrid. Bên cạnh điều khiển điện tử trên động cơ vốn đã có nhiều đề tài nói đến thì chương 3 tập trung chủ yếu vào điều khiển điện tử hybrid như Hybrid Vehicle ECU và bộ chuyển đổi.

KẾT LUẬN

Nhờ những kiến thức đã được học, được tích luỹ ở nhà trường, với sự nổ lực của bản thân trong việc tìm hiểu, thu thập và biên dịch tài liệu, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo trong Khoa Ô tô và thầy giáo hướng dẫn : Ths………………, đồ án đã hoàn thành với những nội dung đã đề ra.

Đồ án đã hoàn thành một số nội dung sau:

- Đã đề cập đến khái niệm, ưu nhược điểm của ô tô hybrid.

- Tìm hiểu về lịch sử phát triển của dòng xe Toyota Prius;

- Phân tích chu trình Atkinson và công nghệ trên động cơ 1NZ-FXE.

- Tìm hiểu về đặc tính động cơ điện MG1 và MG2.

- Các chế độ làm việc của hệ thống hybrid.

- Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ 1NZ-FXE.

- Hệ thống điều khiển điện tử Hybrid và bộ chuyển đổi.

- Hệ thống pin cao áp.

Với kết quả đạt được ta hiểu rõ hơn về hệ thống điều khiển điện tử trên Toyota Prius làm nền tảng để tiếp tục nghiên cứu khai thác những hệ thống hybrid trên các phương tiện khác của Toyota cũng như những hãng khác.

Sản phẩm của đồ án bao gồm:

1. Tập thuyết minh dài 102 trang.

2. Các bản vẽ thể hiện kết cấu, sơ đồ tổng quát, sơ đồ mạch điện cụ thể:

- 01 Bản vẽ tay A0: Tổng quan hệ thống điều khiển điện tử trên Toyota Prius;

- 01 Bản vẽ A0: Kết cấu bộ phân chia công suất;

- 01 Bản vẽ A0:  Sơ  đồ mạch điện điều khiển động cơ 1NZ-FXE trên Toyota Prius.

                                                                                                       TP. Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 20…

                                                                                                     Học viên thực hiện

                                                                                                      ……………..

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Đỗ Văn Dũng, Sổ tay tra cứu các hệ thống điều khiển động cơ phun xăng và common rail, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM

[2]. Đỗ Văn Dũng, Điện động cơ và điều khiển động cơ, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP.HCM

[3]. Koichiro Muta, Hybrid vehicle and control method of hybrid vehicle

[4]. Mansour, Clodic, Dynamic modeling of the electro-mechanical configuration of the Toyota Hybrid System series/parallel power train.

[5]. Nhiều tác giả, Chuyên ngành kỹ thuật và ô tô xe máy hiện đại, Nhà xuất bản trẻ.

[6]. Website Trường đại học Weber State www.weber.edu/automotive

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"