MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..........................................................................................................................................................................................................1
Chương 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN XE HYBRID.........................................................................................................2
1.1. Đặt vấn đề.................................................................................................................................................................................................2
1.2. Tổng quan về ô nhiễm môi trường............................................................................................................................................................5
1.2.1. Ô nhiễm môi trường từ góc độ giao thông.............................................................................................................................................5
1.2.2. Giải pháp giảm ô nhiễm môi trường do giao thông cơ giới....................................................................................................................5
1.3. Giới thiệu chung về ô tô Hybrid...............................................................................................................................................................5
1.3.1. Xu thế phát triển của ô tô sạch..............................................................................................................................................................5
1.3.2. Giới thiệu chung và lịch sử ra đời của ô tô Hybrid.................................................................................................................................8
1.3.2.1. Ô tô Hybrid là gì..................................................................................................................................................................................8
1.3.2.2. Lịch sử phát triển của ô tô Hybrid.......................................................................................................................................................9
1.3.2.3. Giới thiệu một số mẫu xe Hybrid.......................................................................................................................................................11
1.3.3. Ưu nhược điểm của ô tô Hybrid...........................................................................................................................................................13
1.3.3.1. Ưu điểm.............................................................................................................................................................................................13
1.3.3.2. Nhược điểm.......................................................................................................................................................................................14
1.4. Kết luận chương 1...................................................................................................................................................................................14
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................................................................................................................15
2.1. Phân tích hệ thống điều khiển trên xe Hybrid..........................................................................................................................................15
2.1.1. Các phương án bố trí các hệ thống trên ô tô hybrid.............................................................................................................................15
2.1.1.1. Kiểu bố trí nối tiếp..............................................................................................................................................................................15
2.1.1.2. Kiểu bố trí song song.........................................................................................................................................................................16
2.1.1.3. Kiểu bố trí hỗn hợp............................................................................................................................................................................17
2.1.2 . Các phương án truyền động trên ô tô hybrid.......................................................................................................................................18
2.1.2.1. Bộ chia công suất kiểu nối cứng tốc độ (w2 = w1.i21)........................................................................................................................20
2.1.2.2. Bộ chia công suất kiểu biến đổi mômen............................................................................................................................................22
2.1.2.3. Bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh.....................................................................................................................................28
2.2. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện và động cơ nhiệt...............................................................................................................31
2.2.1. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ nhiệt.......................................................................................................................................31
2.2.2. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện........................................................................................................................................34
2.2.3. Xác định các thông số cho pin (ắc quy chính) dùng chạy động cơ điện..............................................................................................38
2.3. Hệ thông điều khiển trên ô tô Hybrid.......................................................................................................................................................41
2.3.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên ô tô Hybrid..........................................................................................................................41
2.3.2. Điều khiển động cơ điện 1 chiều..........................................................................................................................................................43
2.3.2.1. Phương án điều khiển động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.......................................................................................................43
2.3.2.2. Bộ băm điện áp.................................................................................................................................................................................45
2.3.2.3. Mạch đảo chiều của hệ thống Tyristo - động cơ...............................................................................................................................49
3.3.2.4. Sơ đồ mạch điện điều khiển chung..................................................................................................................................................50
2.4. Xác định các thông số cơ bản của bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh....................................................................................52
2.4.1. Tổng quan về bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh.................................................................................................................52
2.4.1.1. Cấu tạo.............................................................................................................................................................................................52
2.4.1.2. Nguyên lý làm việc............................................................................................................................................................................53
2.4.1.3. Sử dụng file flash để mô phỏng quá trình làm việc của bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh trên xe Toyota Prius 2004....55
2.4.2. Số răng của các bánh răng của bộ bánh răng hành tinh.....................................................................................................................59
2.4.3. Các kích thước cơ bản của bộ bánh răng hành tinh.....................................................................................................,,,,,,,,,.............60
2.5. Kết luận chương 2..................................................................................................,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,................61
Chương 3. 6KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.........................................................................................................................................................62
3.1. Nguyên lý hoạt động của ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điện.......................................................62
3.1.1. Chế độ đứng yên.................................................................................................................................................................................62
3.1.2. Chế độ khởi động xe...........................................................................................................................................................................63
3.1.3. Chế độ khởi động động cơ đốt trong khi xe đang chạy.......................................................................................................................64
3.1.4. Tăng tốc nhẹ với động cơ....................................................................................................................................................................65
3.1.5. Tốc độ thấp ổ định...............................................................................................................................................................................66
3.1.6. Tăng tốc...............................................................................................................................................................................................66
3.1.7. Tốc độ cao ổn định..............................................................................................................................................................................67
3.1.8. Tốc độ tối đa........................................................................................................................................................................................68
3.1.9. Giảm tốc độ hoặc phanh.....................................................................................................................................................................69
3.2. Xây dựng các đường đặc tính ô tô Hybrid.............................................................................................................................................70
3.2.1. Xây dựng đặc tính động cơ đốt trong.................................................................................................................................................70
3.2.2. Xây dựng đặc tính Moto......................................................................................................................................................................72
3.2.3. Xây dựng đặc tính kéo cho ôtô HYBRID.............................................................................................................................................74
3.2.3.1. Tính tỷ số truyền chính io.................................................................................................................................................................74
3.2.3.2. Các công thức tính lực kéo..............................................................................................................................................................74
3.3. Kết luận chương 3.................................................................................................................................................................................77
KẾT LUẬN....................................................................................................................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................................................................................79
MỞ ĐẦU
Ngày nay, vấn đề môi trường là một vấn đề ” đặc biệt” luôn được quan tâm không chỉ trong phạm vi một quốc gia mà lan rộng ra trên toàn thế giới. Ô nhiễm do xe cơ giới đang là vấn nạn của các quốc gia, nhất là những quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Nó ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khoẻ con người. Vấn đề này không chỉ được quan tâm trong các lĩnh vực đời sống mà còn trong lĩnh vực quân sự. Là vấn đề cấp thiết về hiện đại hóa, bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.
Theo xu thế phát triển của nền khoa học hiện nay về năng lượng đó là việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch, năng lượng mới và giảm thiểu ô nhiễm môi trường dio sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch. Thực tiễn trên thế giới hiện nay, nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và bên cạnh đó việc ô nhiễm môi trường do việc sử dụng các năng lượng hóa thạch cũng đang ngày càng nghiêm trọng. Đối với lĩnh vực quân sự, trong xu thế mới đó ngày càng nhiều vũ khí, trang bị kỹ thuật hiện đại sử dụng các nguồn năng lượng mới. Trong đó, các trang bị như xe – máy cũng cần phải phát triển về nguồn năng lượng đang sử dụng, việc sử dụng năng lượng hóa thạch như xăng, dầu sẽ không còn phù hợp trong tương lai.
Do đó, ngay từ bây giờ cần phải chủ động nghiên cứu về các loại phương tiện sử dụng nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch ví dụ điển hình là năng lượng điện. Tuy rằng trên thế giới hiện nay đã có nhiều dòng xe sử dụng thuần năng lượng điện, nhưng vẫn chưa được áp dụng rộng rãi. Vì vậy, xu hướng hiện nay vẫn là áp dụng từng bước nguồn năng lượng mới. Do đó, em chọn đề tài "Nghiên cứu hệ thống điều khiển trên xe Hybrid”, là một loại xe kết hợp cả động cơ nhiệt và động cơ điện.
Sau quá trình nghiên cứu cần phải hiểu rõ được cơ sở khoa học của việc kết hợp hai loại động cơ. Bên cạnh đó còn phải tìm hiểu được cách thức điều khiển việc kết hợp đó trong các trường hợp hoạt động của xe. Từ đó có thể áp dụng vào các phương tiện trong lĩnh vực quân sự rong tương lai để giải quyết vẫn đề về hiện đại hóa, bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.
Chương 1
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN XE HYBRID
1.1. Đặt vấn đề
Phương tiện giao thông là nguồn phát thải ô nhiễm không khí quan trọng nhất hiện nay. Phương tiện giao thông không gây ô nhiễm (zero emission) từ lâu đã là mục tiêu nghiên cứu của các nhà khoa học. Nhiều giải pháp đã được đưa ra cả về mặt hoàn thiện kết cấu động cơ lẫn tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống để giảm mức độ phát thải ô nhiễm.
Nhìn vào đồ thị ta thấy trữ lượng dầu của các vùng trên thế giới đang có xu hướng giảm, thời gian sử dụng chỉ còn một vài chục năm nữa. Thậm chí trữ lượng dầu tại Châu Âu chỉ còn 9 năm ( theo : BP Statistical Review, 2007). Giá dầu thô thì thất thường và đang tăng cao. Theo điều tra của Reuters thông qua 31 chuyên gia phân tích công nghiệp, dự báo giá dầu thô Mỹ trung bình năm 2011 sẽ là 96,73 US$/thùng. Đây là tháng thứ năm liên tiếp, các chuyên gia phân tích tăng mức giá dầu dự báo (tăng 6,33$/thùng so với dự báo trước). Giá dầu thô Mỹ Trung bình Quý 2/2011sẽ là 99,8$/thùng. Giá dầu Brent trung bình năm nay cũng được dự báo tăng 13,4$/thùng so với báo cáo trước, lên mức 104,57$/thùng.
Đề tài “Nghiên cứu hệ thống điều khiển trên xe Hybrid” đặt nền tảng cho việc phát triển một loại ô tô mới và vận dụng vào trong các loại ô tô trong lĩnh vực quân sự. Trong xu thế phát triển hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường không chỉ trong các lĩnh vực đời sống mà trong lĩnh vực quân sự cũng rất được quan tâm. Mục tiêu chính hướng tới của đề tài là :
- Nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống điều khiển trên xe Hybrid.
- Đặt cơ sở cho việc áp dụng vào các loại ô tô quân sự.
- Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu trong lĩnh vực quân sự.
- Tạo nên một xu thế trong tiến tới hiện đại hóa trong lĩnh vực quân sự.
1.2. Tổng quan về ô nhiễm môi trường
1.2.1. Ô nhiễm môi trường từ góc độ giao thông.
Trái đất nóng lên đang là thách thức của nhân loại mọi quốc gia trên thế giới, nhiều biện pháp giảm thiểu tình trạng này được đưa ra. Nhưng hàng ngày, vẫn có một nghịch lý diễn ra, chúng ta vẫn mặc nhiên “đóng góp” thêm cho sự nóng lên bằng chính phương tiện giao thông cơ giới: tai nạn, ùn tắc, lãng phí, rối loạn từ giao thông... Không những thế phương tiện giao thông cơ giới ngày càng tăng nhanh.
1.2.2. Giải pháp giảm ô nhiễm môi trường do giao thông cơ giới.
Trước thực trạng đó nhà nước cần phải có những phương án cụ thể :
- Cải tạo quy hoạch hệ thống giao thông đô thị sao cho đáp ứng các chỉ tiêu: Tỷ lệ diện tích giao thông động đạt 15-20% tổng diện tích xây dựng đô thị, tỷ lệ diện tích giao thông tĩnh đạt 3-6%, mật độ đường đạt khoảng 6km/1km2.
- Phát triển giao thông công cộng (đạt trên 40%), giao thông đi bộ và đi xe đạp trong thành phố.
- Thắt chặt các tiêu chuẩn môi trường có liên quan (tiêu chuẩn xăng dầu, tiêu chuẩn khí thải của các phương tiện giao thông cơ giới).
- Tiến hành kiểm soát nguồn thải của các loại xe và cấm vận hành đối với các xe không đạt tiêu chuẩn EURO2 về khí thải.
1.3. Giới thiệu chung về ô tô Hybrid
1.3.1. Xu thế phát triển của ô tô sạch
Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung vào việc hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, Pin cao áp, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid). Xu hướng phát triển ô tô sạch có thể tổng hợp như sau:
- Hoàn thiện động cơ diesel:
Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp. Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel) cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel.
- Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế:
Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza,... có nguồn từ thực vật. Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính. Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tải nói chung và trên xe buýt nói riêng vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao.
- Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:
Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trường trong thành phố. Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe buýt, đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng. Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô.
- Ô tô chạy bằng Pin cao áp:
Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ô tô trong tương lai là Pin cao áp. Pin cao áp là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng. Pin cao áp trước đây chỉ được nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay Pin cao áp đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô. Do không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của Pin cao áp là điện, nhiệt và hơi nước.
1.3.2. Giới thiệu chung và lịch sử ra đời của ô tô Hybrid.
1.3.2.1. Ô tô Hybrid là gì.
Hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) là dòng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Thật ra, ý tưởng“Hybrid”đã có từ rất lâu đời. Theo Bách Khoa Toàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện Giao Thông Ghép, là một phương tiện giao thông mà được động lực bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp giữa: Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy Storage System hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và Nguồn Năng Lượng Nhiên Liệu (Xăng, dầu diesel v.v...).
1.3.2.2. Lịch sử phát triển của ô tô Hybrid.
Những chiếc xe lai đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon năm 1899. Nó được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp. Xe Pieper là một kiểu xe lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì. Ắc quy sẽ được nạp khi xe đang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ. Khi công suất dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, motor điện sẽ cung cấp thêm công suất cho động cơ.
1.3.3. Ưu nhược điểm của ô tô Hybrid
1.3.3.1. Ưu điểm
- Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động cơ hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn nhiều so với động cơ đốt trong thông thường, chỉ bằng một nửa).
- Ô tô Hybrid ít gây ô nhiễm môi trường hơn ô tô chạy xăng bình thường bởi vì động cơ điện có hiệu xuất cao hơn nhiều so với động cơ xăng. Động cơ
Hybrid thường tiết kiệm hơn 100% so với động cơ xăng truyền thống.
- Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ, động cơ điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận dụng để tạo ra dòng điện nạp cho ắc-quy.
1.3.3.2. Nhược điểm
- Do chi phí sản xuất, thêm động cơ điện và các phụ kiện liên quan nên ô tô Hybrid thường đắt hơn ô tô bình thường.
- Lai xe ô tô là tương đối nặng, vì nặng của pin được cài đặt bên trong xe.
1.4. Kết luận chương 1
Qua phần nghiên cứu chương 1 đã tìm hiểu sơ bộ về xu thế phát triển của các loại ô tô sạch để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường không chỉ trong đời sống mà còn trong lĩnh vực quân sự và một trong số đó là ô tô Hybrid. Nghiên cứu về các ưu điểm và nhược điểm của loại ô tô này so với các loại ô tô truyền thống, những điểm vượt trội trong việc giải quyết vấn đề bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Phân tích hệ thống điều khiển trên xe Hybrid
2.1.1. Các phương án bố trí các hệ thống trên ô tô hybrid.
2.1.1.1. Kiểu bố trí nối tiếp
Động cơ điện truyền lực đến bánh xe, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ăc quy hoặc cung cấp cho động cơ điện . Kiểu bố trí này được mô tả như ở hình 2.1. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện. Động cơ điện ở đây có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.
2.1.1.2. Kiểu bố trí song song.
Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả động cơ nhiệt và mô tơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe với mức độ tuỳ theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền mômen chính còn môtơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc.
2.1.2. Các phương án truyền động trên ô tô hybrid.
Để có thể truyền hai nguồn công suất cùng lúc, nhất thiết phải có bộ chia công suất; qua đó bộ chia công suất có thể nhận cả hai nguồn động lực hoặc chỉ nhận riêng lẻ một trong hai nguồn động lực trước khi truyền đến cầu chủ động của ôtô. Sơ đồ bố trí có thể chỉ ra trên hình 2.4.
Tỷ số truyền của bộ giảm tốc của động cơ điện.
i21 = (Z2/Z1) = (w2/w1). (2.1)
Bộ chia công suất (3) có thể có nhiều dạng khác nhau. Tuy nhiên về phương diện truyền động (cả động học và động lực học), có thể phân chia bộ chia công suất (3) ra làm ba kiểu cơ bản sau: kiểu truyền động cơ khí nối cứng tốc độ, kiểu biến đổi mômen xoắn (biến mô) và kiểu bánh răng hành tinh (biến đổi tốc độ).
2.1.2.1. Bộ chia công suất kiểu nối cứng tốc độ (w2 = w1.i21).
Theo sơ đồ này, bộ chia công suất chỉ cần trục (3) trên đó gắn khoá K để có thể nối với bánh răng của bộ giảm tốc Z2. Nguồn công suất động cơ điện sau khi qua bộ bánh răng giảm tốc Z2/Z1 cũng có cùng tốc độ với w1 và w.
+ ω1 : Vận tốc góc động cơ nhiệt.
+ ω2 : Vận tốc góc động cơ điện
+ ω3 : Vận tốc góc trục thứ cấp bộ kết hợp công suất.
+ L1 : Ly hợp động cơ nhiệt.
+ L2 : Ly hợp động cơ điện.
+ Z1,2 :Số răng hộp giảm tốc.
2.1.2.1.1. Khi chỉ sử dụng nguồn công suất (1):
Công suất từ nguồn động cơ nhiệt truyền qua ly hợp L1 (trạng thái đóng), rồi truyền thẳng đến trục (3) để đến cầu chủ động với tốc độ góc w3 º w1. Lúc này khóa K (kiểu ống gài hoặc đồng tốc) chưa đóng (mở), bánh răng Z2 quay lồng không trên trục (3); tức là động cơ điện không thể truyền đến trục (3).
2.1.2.1.3. Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất (1) và (2):
Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn động cơ nhiệt và động cơ điện thì cả hai ly hợp L1, L2 và khóa K đều đóng. Trục (3) sẽ nhận đồng thời hai nguồn động cơ nhiệt và động cơ điện. Tuy vậy tốc độ góc trục (3) luôn luôn bằng tốc độ góc của trục (1).
Mômen kết hợp lúc này có thể được xác định bằng phương trình cân bằng công suất truyền đến bộ kết hợp (3):
N1 + N2’ = N3 (2.5)
Thay công suất bằng tích tốc độ với mômen: Ni = Mi.wi (i = 1÷3) ta có:
M1.w1 + M2’.w2’ = M3.w3 (2.6)
Thay biểu thức (2.4) vào (2.6) ta có :
M3 = M1 + M2’ (3.7)
Nếu bỏ qua ma sát thì: M2.w2 = M2’.w2’ suy ra M2’= M2.i21
Vậy
M3 = M1 + M2.i21 (3.8)
Với M2 là mômen xoắn của trục động cơ điện, i21 là tỷ số truyền của bộ giảm tốc bánh răng từ động cơ điện truyền đến bộ kết hợp (3) và được xác định từ (2.1).
Nhận xét : Từ sơ đồ và các quan hệ động lực học ta thấy rằng bộ chia kiểu nối cứng tốc độ có ưu điểm là đơn giản về kết cấu. Tuy vậy, bộ chia kiểu này đòi hỏi hai nguồn động lực phải có sự đồng bộ về dãi tốc độ làm việc; công suất của hai nguồn không được lệch nhau nhiều. Ngược lại, có thể xảy ra hiện tượng cản trở lẫn nhau, nguồn này là cản của nguồn kia khi tốc độ làm việc chung vượt ra ngoài phạm vi tốc độ định mức của một trong hai nguồn.
2.1.2.2. Bộ chia công suất kiểu biến đổi mômen.
Bộ chia công suất kiểu biến đổi mômen cho phép biến đổi một cách linh hoạt tốc độ và mômen từ nguồn công suất động cơ điện, sơ đồ được biểu diễn trên hình 2.6.
+ ω1 : Vận tốc góc động cơ nhiệt.
+ ω2 : Vận tốc góc động cơ điện
+ ω3 : Vận tốc góc trục thứ cấp bộ chia công suất.
+ L1 : Ly hợp động cơ nhiệt.
+ L2 : Ly hợp động cơ điện.
+ Z1,2 :Số răng hộp giảm tốc.
+ K : Khóa bánh răng hành tinh.
+ B : Bánh bơm.
+ T : Bánh tuabin.
+ P : Bánh phản ứng.
2.1.2.2.1. Khi chỉ sử dụng nguồn công suất (1).
Sơ đồ truyền động như hình 2-7. Công suất từ động cơ nhiệt truyền qua ly hợp L1 (trạng thái đóng), rồi truyền thẳng đến trục (3) để đến cầu chủ động với tốc độ góc w3 º w1. Lúc này khóa K (kiểu ống gài hoặc đồng tốc) chưa đóng (mở), bánh răng Z2 và tuốc-bin (T) quay trơn trên trục (3); tức là nguồn công suất động cơ điện không thể truyền đến trục thứ cấp (3).
Bánh bơm ly tâm (B) quay với tốc độ wB = w2/i21 (trong đó w2 là tốc độ góc của trục động cơ điện, i21 là tỷ số truyền bộ bánh răng Z2/Z1) sẽ bơm chất lỏng qua các cánh của bánh tuốc-bin (B) làm cho bánh tuốc-bin quay với tốc độ wT cùng với tốc độ góc của trục thứ cấp 3 (wT º w3).
2.1.2.2.3. Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất động cơ điện và động cơ nhiệt.
Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn động lực của động cơ nhiệt và động cơ điện thì cả hai ly hợp L1, L2 và khóa K đều đóng. Trục (3) sẽ nhận đồng thời hai nguồn Tuy vậy tốc độ góc trục (3) luôn luôn bằng tốc độ góc của trục động cơ nhiệt : w3 º w1.
Mômen kết hợp lúc này có thể được xác định bằng phương trình cân bằng công suất truyền đến bộ chia công suất (3):
N1 + NT = N3 (2.14)
Trong đó:
N1 : Công suất động cơ nhiệt truyền đến bộ chia công suất .
NT : Công suất động cơ điện truyền đến bộ chia công suất .
N3 : Công suất của bộ chia công suất (3).
Thay công suất bằng tích tốc độ với mômen : Ni = Mi.wi ( i=1÷3) ta có:
M1.w1 + MT.wT = M3.w3 (2.15)
Trong đó:
M : Momen xoắn của trục nguồn (1) truyền đến bộ chia công suất (3).
MT : Momen xoắn trục tuôc-bin.
M3 : Momen xoắn của bộ chia công suất (3).
wT : Tốc độ góc của bánh tuốc-bin.
Từ (2.11) thì :
Thay MT = Kbm.MB = Kbm.M2.i21, ta có :
M3 = M1 + M2.i21.Kbm (2.16)
Với M2 là mômen xoắn của trục động cơ điện, i21 là tỷ số truyền của bộ giảm tốc bánh răng từ động cơ điện truyền đến bộ chia công suất và được xác định từ (2.1), Kbm là hệ số biến mô xác đinh theo (2.10).
2.1.2.3. Bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh.
+ ω1 : Vận tốc góc động cơ nhiệt.
+ ω2 : Vận tốc góc động cơ điện
+ ω3 : Vận tốc góc trục thứ cấp bộ chia công suất.
+ L1 : Ly hợp động cơ nhiệt.
+ L2 : Ly hợp động cơ điện.
+ Z1 : Số răng bánh răng trung tâm.
+ Z2 : Số răng bánh răng bao.
+ Zv : Số răng bánh răng hành tinh.
2.1.2.3.1. Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ nhiệt.
Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ nhiệt, ly hợp L1 đóng, L2 mở, mô
men được truyền từ động cơ nhiệt đến L1 các bánh răng hành tinh truyền đến trục thứ cấp của hộp bánh răng hành tinh, truyền đến hộp phân phối (5) và đến bánh xe (4). Sơ đồ bố trí và đường truyền công suất như hình 2.9. Đường truyền mô men là đường màu đỏ.
2.1.2.3.2. Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ điện.
Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ điện, ly hợp L1 mở, L2 đóng, mô men được truyền từ động cơ điện đến L2 đến bánh răng trung tâm qua các bánh răng hành tinh truyền đến trục thứ cấp của hộp bánh răng hành tinh, truyền đến hộp phân phối (5) và đến bánh xe (4). Sơ đồ bố trí và đường truyền công suất như hình 2.10. Đường truyền mô men là đường màu đỏ.
2.2. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện và động cơ nhiệt.
2.2.1. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ nhiệt.
Trọng lượng toàn bộ của Ô tô được xác định theo biểu thức sau:
Ga = (Gt + G0) (2.18)
Trong đó :
G0 = 1500[Kg ] : Trọng lượng bản thân Ôtô.
Gt = (m1 + m2).n : Tải trọng chuyên chở.
m1 = 60 [Kg] : Trọng lượng của một người.
m2 = 10 [Kg] : Trọng lượng hành lý của một người.
n = 9 : Lượng người theo thiết kế.
Suy ra :
Gt = (m1 + m2).n = (60 + 10)×9 = 630 [Kg]
Thế vào biểu thức (2.18) suy ra trọng lượng toàn bộ của Ô tô :
Ga = (Gt + G0) = 2130 [Kg]
Vận tốc xe thiết kế chạy trong thành phố với tốc độ không quá 50km/h . Còn khi chạy ở ngoại thành thì tốc độ tối đa là 120km/h ( theo quy định của Bộ giao thông vận tải trong Thông tư số 13/2009/TT-BGTVT). Khi tính chọn công suất tổng ta tính ở chế độ chạy với vận tốc tối đa là 150km/h = 41,67 [m/s].
Đây là ô tô con và dựa theo thông số kích thước của một mẫu ô tô con, nên diện tích cản chính diện (F) được tính gần đúng theo biểu thức sau:
F = 0,8.B0.H (2.19)
Trong đó:
B0 = 1770 mm : Chiều rộng cơ sở của Ôtô thiết kế, [m];
H = 1745 mm : Chiều cao toàn bộ của Ôtô thiết kế, [m];
Thế vào (2.19) , được: F = 0,8 x 1770 x 1745 = 2470920 [mm2]
Vậy: F = 2,471 [m2]
Hệ số dạng khí động học (K): 0,20 ÷ 0,35 [Ns2/m4]
Nhân tố cản khí động (W): 0,30 ÷ 0,90 [Ns2/m2]
Chọn: K = 0,3 [Ns2/m4].
Tính chọn:
W = F.K = 2,471x 0,03 = 0,07413 [daNs2/m2]
W = 0,7413 [Ns2/m2]
Vận tốc lớn nhất của Ôtô, Vmax = 150 [Km/h] = 41,67 [m/s]
Chọn công suất tổng cho động cơ lắp trên xe:
Ne = (1,1 - 1,25) = (1,1 - 1.,25) × 90,94
Ne = 100,03 – 113,68 [KW].
Phân chia tỷ lệ công suất.
Chọn công suất điện bằng 1/4 công suất tổng.
N1 : Công suất điện.
N2 : Công suất động cơ nhiệt.
Có: N1 = 1/4 = 25 - 28,4 [KW].
N2 = 3/4 = 75 - 85,3 [KW].
Từ những ràng buộc trên, công suất cần thiết của động cơ nhiệt phải đủ lớn để đảm bảo xe có thể chạy ngoài thành phố với tốc độ cực đại Nemax= (75 - 85.3). Tham khao một số động cơ, ta chọn động cơ 1 NZ-FE.
2.2.2. Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện.
Theo cách kích thích từ thì động cơ điện một chiều có rất nhiều loại. Theo cách phân loại này thì có các loại động cơ điện như:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Bao gồm động cơ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hay kích thích điện từ. Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cữu chỉ dùng cho các loại động cơ có công suất nhỏ (cỡ vài chục W). Loại kích thích điện từ có dây quấn lấy điện từ ắc quy lưới điện một chiều và được dùng trong trường hợp điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn và điện áp thấp hoặc điện áp cao.
- Động cơ điện một chiều tự kích thích: Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích ta có:
+ Động cơ điện một chiều kích thích song song.
+ Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp.
+ Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp.
Động cơ điện kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng. Vì dòng kích từ bằng dòng điện phần ứng ( Ikt = Iư = I ) nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, ít vòng dây và điện trở nhỏ. Mạch điện tương đương trên hình với Rtn điện trở của dây quấn kích từ nối tiếp.
Tuỳ theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc. Trong các loại đặc tính thì quan trọng nhất là đặc tính cơ: là đặc tính biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và momen (n = f(M) khi U = const).
Từ những ràng buộc trên, đồng thời dựa vào thống kê mức điện áp của các loại động cơ điện có trên thị trường, dựa vào website: www.metric mind.com ta chọn loại động cơ điện một chiều sau:
+ Tên gọi: MES 200-175 to 200-250
+ Công suất định mức: 30kW.
+ Số vòng quay định mức: 2850 vòng/phút.
+ Số vòng quay cực đại: 9000 vòng/phút.
+ Hiệu điện thế: 185V
+ Khối lượng: 61 kg.
2.3. Hệ thông điều khiển trên ô tô Hybrid.
2.3.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên ô tô Hybrid.
Dưới đây là sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển của ô tô hybrid sử dụng động cơ nhiệt và động cơ điện.
- Nguyên lý hoạt động :
Khi ô tô chạy, bộ điều khiển trung tâm HV ECU (Hybrid Vehicle Electronic Control Unit) (17) sẽ nhận các tín hiệu từ các cảm biến (ví dụ như cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến vị trí bàn đạp phanh, cảm biến tốc độ….), tính toán và sử lý sau đó gửi tín hiệu về các bộ phận chấp hành như bộ điều khiển động cơ nhiệt, bộ điều khiển phanh, đóng mở các rơ le … để ô tô hoạt động ở các chế độ khác nhau…
2.3.2. Điều khiển động cơ điện 1 chiều.
2.3.2.1. Phương án điều khiển động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Để đảm bảo cho quá trình vận hành xe một cách hợp lí, ta thường phải điều chỉnh tốc độ của xe một cách vô cấp. Điều chỉnh tốc độ nhằm đảm bảo được các chế độ làm việc tối ưu nhất và cho phép giảm nhỏ mức độ tiêu thụ năng lượng.
Từ biểu thức (2.22) ta thấy rằng:
- Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp là dạng đường cong hypebol bậc hai.
- Việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều có thể thực hiện được bằng cách thay đổi các đại lượng (Φ, Rư và U), tức là thay đổi đặc tính cơ tự nhiên thành đặc tính nhân tạo.
2.3.2.1.1. Điều khiển động cơ điện bằng cách thay đổi từ thông
Với phương pháp này, bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (Φ = Φmax) nên chỉ có thể điều chỉnh theo chiều hướng giảm Φ.
Tức là: Điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy.
2.3.2.1.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng (Rư).
Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này ít được sử dụng.
2.3.2.1.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp - U.
Phương pháp này cũng chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện.
2.3.2.2. Bộ băm điện áp.
Bộ băm dùng để biến đổi điện áp một chiều không đổi U thành điện áp có trị số trung bình biến đổi Utb. Utb có thể điều chỉnh được từ bằng 0 đến lớn nhất, bằng chính điện áp nguồn cung cấp cho bộ băm.
- Nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp.
Bộ băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành các xung điện áp. Sơ đồ nguyên lý băm điện áp một chiều nối tiếp được giới thiệu trên hình 2.19 các phần tử chuyển mạch tạo các xung điện áp mắc nối tiếp với tải. Điện áp một chiều được điều khiển bằng cách điều khiển thời gian đóng khóa K trong chu kì đóng cắt .
+ Khóa K là các van bán dẫn có thể là Tirirtor.
- Bộ băm áp một chiều nối tiếp chuyển mạch một tầng.
Dùng một tiristor làm việc với mỗi chu kỳ có một xung điều khiển.
Bộ băm nối tiếp đơn là một khóa điện S bằng tiristor được điều khiển đóng mở trong hệ thống một cách chu kỳ. Khi S đóng thì điện áp ngỏ ra trên tải Ud = U còn khi S mở thì Ud = 0.
Cho xung điều khiển kích tiristor chính VS1, VS1 mở, dòng điện từ cực dương của nguồn U chạy qua VS1 vào mạch phụ tải (R, L, E) rồi trở về cực âm của nguồn U. Điện áp ra trên tải Ud = U.
Khi cho xung điều khiển kích tiristor VS1 làm cho VS1 bị khóa lại. Lúc này điện áp ra trên tải Ud = 0.
Gọi T là chu kỳ của bộ băm:
T = Tđg + Tng.
Thay đổi tỷ số thời gian đóng và thời gian ngắt của VS1 sẽ điều chỉnh được giá trị trung bình của điện áp ra trên tải.
Gọi T là chu kỳ của bộ băm:
T = Tđg + Tng.
Trong đó :
Tđg = αT : Thời gian đóng mạch của VS1.
Tng = T - Tđg : Thời gian ngắt mạch.
α = Tđg/T : Tỷ số đóng của chu kỳ.
- Giữ cố định thời gian đóng mạch Tđg, thay đổi chu kỳ của bộ băm T (tần số biến thiên). Phương pháp này được gọi là phương pháp điều tần.
Khi α = 0 tức là Tđg = 0 ta có Utb = 0, bộ băm thường xuyên ngắt mạch, n = 0.
Khi α = 1 tức là Tđg = T ta có Utb = U, bộ băm thường xuyên đóng mạch, tốc độ của động cơ lúc này n = nmax.
2.3.2.3. Mạch đảo chiều của hệ thống Tyristo - động cơ.
Trong quá trình ôtô hoạt động thì có một lúc nào đó người lái cần lùi xe, vì ở xe thiết kế này ta không sử dụng số lùi trên hộp số, nên để lùi xe thì ta dùng phương pháp đảo chiều quay của động cơ điện. Để thay đổi chiều quay thì ta phải thay đổi chiều của mô men điện từ. Từ công thức mômen quay động cơ điện một chiều có thể thấy chiều quay của mômen Te có thể được thay đổi bằng hai cách: Một là đổi chiều dòng điện mạch phần ứng của động cơ, trên thực tế là thay đổi cực tính điện áp mạch điện phần ứng, hai là đổi chiều từ thông kích từ động cơ, tức là thay đổi chiều dòng điện kích từ. Tương ứng với chúng, mạch điện đảo chiều của hệ thống tyristo- động cơ cũng có hai phương thức, tức là mạch điện đảo chiều đấu ngược mạch phần ứng và mạch điện đảo chiều đấu ngược kích từ. Vì thời gian không cho phép nên em chỉ chọn phương án đảo chiều đấu ngược phần ứng.
3.3.2.4. Sơ đồ mạch điện điều khiển chung.
- Sơ đồ gồm có:
Sơ đồ mạch điện điều khiển chung như hình 2.23
- Nguyên lý hoạt động:
Khi mạch được cấp điện, dòng điện đi từ cực dương của nguồn qua điện trở R4, qua đi ốt D1, qua biến trở RX1, qua tụ điện C, qua điện trở R2 và về cực âm của nguồn điện. Dòng điện này phân cực thuận làm cho transistor T1 dẫn bão hoà và khoá transistor T2. Khi T2 khoá thì R3 = 0 nên tiristor Vs khóa và ngưng cấp dòng qua động cơ điện. Khi tụ C được nạp no điện, dòng phân cực thuận cho T1 bằng 0 và T1 chuyển sang trạng thái khoá. Khi T1 khoá thì T2 dẫn bão hoà và tạo ra điện áp trên R3 điều khiển tiristor Vs mở dẫn dòng qua động cơ, đồng thời tụ điện C phóng điện qua RX2, qua D2, qua T2, qua R3, qua R2 và về lại tụ C. Sau khi tụ điện C phóng hết điện nó tiếp tục nạp điện trở lại như ban đầu.
2.4. Xác định các thông số cơ bản của bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh.
2.4.1. Tổng quan về bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh
Trong hệ thống động lực ô tô Toyota Prius, một bộ phận trọng tâm quyết định sự phân phối công suất giữa các nguồn điện và nhiệt, đó là Bộ chia công suất (Power Split Device - PSD).
2.4.1.1. Cấu tạo
Toyota Prius sử dụng kết hợp hai nguồn động lực là động cơ đốt trong và động cơ điện. Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt 1NZ-FXE sử dụng nhiên liệu xăng, còn động cơ điện ở đây là một tổ hợp motor-máy phát điện, nó là một motor điện khi cần cung cấp cơ năng cho hệ thống hoạt động và là máy phát điện để nạp điện cho acquy khi tận dụng nguồn năng lượng dư thừa của động cơ nhiệt hoặc tái sinh năng lượng trong quá trình phanh giảm tốc độ, xuống dốc,…
Bộ phân chia công suất (PSD) thực chất là một hệ bánh răng hành tinh trong đó:
- Vành răng bao liên kết với tổ hợp motor-máy phát số 2 (MG2). Trục vành răng bao cũng là trục ra của bộ phân chia công suất, truyền momen qua một hệ bánh răng tới trục bánh xe.
- Bánh răng mặt trời liên kết với tổ hợp motor-máy phát số 1 (MG1).
- Giá của các bánh răng vệ tinh liên kết với trục ra động cơ nhiệt.
2.4.1.2. Nguyên lý làm việc
Cụm bánh răng hành tinh trong bộ phân chia công suất có nhiệm vụ chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần tạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện. Các bánh răng hành tinh của nó có thể truyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát và các bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau. Các bánh răng hành tinh này hoạt động như một hộp số vô cấp (Continuously Variable Transmission- CVT).
- Nguyên lý làm việc:
• Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn công suất (1) và (2).
Nguồn công suất thứ nhất truyền đến trục (2) qua mặt bích (1). Từ trục (2) truyền đến bánh răng trung tâm (29) ăn khớp với các bánh răng vệ tinh (12). Đồng thời nguồn công suất thứ hai qua bộ giảm tốc sơ cấp đến mặt bích (21) rồi lên trục (24) để đến bánh răng bao (28). Từ đó thông qua các bánh răng vệ (12)
truyền công suất lên thân (10) để đến bánh răng (11) sẵn sàng truyền cho cầu chủ động.
• Khi chỉ sử dụng nguồn công suất (2).
Càng gạt (6) gạt ống gài (4) khoá chặt trục công suất thứ nhất (2). Lúc này nguồn công suất thứ hai qua bộ giảm tốc sơ cấp đến bích (21) rồi lên trục (24) để đến bánh răng bao (28). Từ đó thông qua các bánh răng vệ tinh (12) truyền công suất lên thân (10) để đến bánh răng giảm tốc (11) sẵn sàng truyền cho cầu chủ động.
2.4.1.3. Sử dụng file flash để mô phỏng quá trình làm việc của bộ chia công suất kiểu bánh răng hành tinh trên xe Toyota Prius 2004
2.4.1.3.1. Các thông số của bộ truyền động
- Bánh răng bao - 78 răng.
- Bánh răng mặt trời - 30 răng.
- Bánh răng hành tinh - 23 răng.
- wđộng cơ điện = (78/23)(23/30)wmotor = 2,6wmotor.
- wmotor = 4,113wbánh xe.
2.4.1.3.2. Sử dụng file flash mô phỏng
- Giao diện mô phỏng.
- Chú thích các bộ phận.
- Chế độ khởi động.
- Chế độ chạy ổn định
2.4.2. Số răng của các bánh răng của bộ bánh răng hành tinh.
Số răng của các bánh răng của bộ bánh răng hành tinh cùng với các tỷ số truyền xác định trên các số răng đó khi chuyển bộ bánh răng hành tinh sang làm việc ở các chế độ hành tinh (cố định một trong ba khâu tự do) bao gồm:
+ Số răng của bánh răng trung tâm Z1,
+ Số răng của vành răng bao Z2,
+ Số răng của các bánh răng vệ tinh Zv.
2.4.2. Số răng của các bánh răng của bộ bánh răng hành tinh.
Số răng của các bánh răng của bộ bánh răng hành tinh cùng với các tỷ số truyền xác định trên các số răng đó khi chuyển bộ bánh răng hành tinh sang làm việc ở các chế độ hành tinh (cố định một trong ba khâu tự do) bao gồm:
+ Số răng của bánh răng trung tâm Z1,
+ Số răng của vành răng bao Z2,
+ Số răng của các bánh răng vệ tinh Zv.
Vậy từ (2.23) và điều kiện Z1 , Z2 nguyên, cùng chẵn hoặc cùng lẻ, chọn Vv = 20 ta giải (2.23).
2.4.3. Các kích thước cơ bản của bộ bánh răng hành tinh.
Các kích thước cơ bản của bộ bánh răng hành tinh bao gồm :
+ Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm R1,
+ Bán kính vòng chia vành răng bao R2,
+ Bán kính vòng chia các bánh răng vệ tinh Rv,
+ Khoảng cách trục Aht
+ Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm R1:
Thế số với m = 2,5 [mm], Z1 = 24 ta có: R1 = 30 [mm]
+ Bán kính vòng chia vành răng bao R2:
Thế số với m = 2,5 [mm], Z2 = 24 ta có: R2 = 80 [mm]
+ Bán kính vòng chia các bánh răng vệ tinh Rv:
Thế số với m = 2,5 [mm], Z2 = 20 ta có: Rv = 25 [mm]
2.5. Kết luận chương 2
Qua nghiên cứu chương 2 có thể tìm hiểu được các phương án bố trí các bộ phận trong hệ thống truyền lực trên ô tô Hybrid, từ đó có sự so sánh về ưu, nhược điểm giữa các phương án bố trí, đặc biệt là phương án kết hợp. Từ đó hiểu được quá trình điều khiển, làm việc của các bộ phận trên, đặc biệt là bộ chia công suất. Sử dụng file flash mô phỏng các chế độ làm việc của bộ chia công suất điển hình ví dụ trên xe Toyota Prius 2004 để hiểu rõ hơn về hoạt động của bộ chia công suất.
Chương 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Nguyên lý hoạt động của ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điện.
3.1.1. Chế độ đứng yên.
Ở chế độ đứng yên, Pin cao áp (8) được sạc cho đầy, chưa có sự truyền công suất từ động cơ điện hoặc động cơ đốt trong đến bánh xe.
3.1.2. Chế độ khởi động xe.
Khi khởi động xe, chạy ở tốc độ thấp thì Pin cao áp (10) cung cấp điện cho động cơ điện (2) phát công suất truyền qua bộ chia công suất (3) xuống trục chủ động và tới bánh xe. Động cơ đốt trong (7) không hoạt động.
3.1.3. Chế độ khởi động động cơ đốt trong khi xe đang chạy.
Nếu mômen dẫn động yêu cầu tăng lên khi xe chạy chỉ với động cơ điện (2), mô tơ điện (5) sẽ được kích hoạt để khởi động động cơ, Mô tơ điện đóng vai trò như một máy khởi động. Tương tự, nếu có một trong những hạng mục do ECU kiểm soát như tình trạng SOC, nhiệt độ ắc quy, nhiệt độ nước và điều kiện tải điện lệch so với mức tiêu chuẩn, thì máy khởi động (5) sẽ được kích hoạt để khởi động động cơ.
3.1.5. Tốc độ thấp ổ định.
Khi xe đang chạy ở chế độ tải thấp, bộ truyền hành tinh sẽ chia công suất động cơ đốt trong (7) ra hai phần. Một phần truyền đến các bánh xe chủ động, phần còn lại kéo mô tơ điện (5) để phát điện đến bộ biến đổi cấp cho động cơ điện (2) hoạt động bổ sung công suất đến các bánh xe chủ động.
3.1.7. Tốc độ cao ổn định
Khi xe chạy ở tốc độ cao ổn định động cơ đốt trong (7) và động cơ điện (2) hoạt động, máy khởi động (5) hoạt động ở chế độ phanh (máy khởi động không quay).
3.1.9. Giảm tốc độ hoặc phanh.
Khi giảm tốc độ hoặc phanh, năng lượng sinh ra do phanh sẽ được truyền từ bánh xe về làm quay động cơ điện , qua bộ biến đổi điện áp về nạp cho pin.
3.2. Xây dựng các đường đặc tính ô tô Hybrid
Các thông số của động cơ như bảng 3.a.
3.2.1. Xây dựng đặc tính động cơ đốt trong.
Vận tốc góc : ωN = 628,32 [rad/s]/
Mô men quay :
l : Nhận giá trị : l = (0,1-1,1).
Ta thu được bảng sau 3.b
Nhận xét: Đường đặc tính của động cơ giống như lý thuyết.
3.2.2. Xây dựng đặc tính Moto.
Vận tốc góc :ωM = = 298.452 [rad/s]/
Mô men quay :
l : Nhận giá trị : l = (0.1-1.0).
Ta thu được bảng 3.c
Nhận xét:
- Từ ω = ( 0 - 74.6 [Rad/s]) mô men của động cơ điện không đổi và đạt ở mức cực đại, trong khi đó công suất động cơ biến thiên từ 0 đến cực đại là 30 KW.
- Từ ω = 74.6 [Rad/s] trở đi mô men giảm, công suất động cơ giữ nguyên.
3.2.3. Xây dựng đặc tính kéo cho ôtô HYBRID
Ta đi tính các thông số:
3.2.3.1. Tính tỷ số truyền chính io.
+ Khi cả 2 nguồn cùng phát, công suất của xe Vmax.
Suy ra : I0 = 3,13
- Tỉ số truyền khi dùng nguồn công suất động cơ nhiệt. i1-N = 1 + = 1,375.
- Tỉ số truyền khi dùng nguồn công suất động cơ điện. i1_M = 1 + = 3,67
3.2.3.2. Các công thức tính lực kéo.
Bảng số liệu như bảng 3.d
Ta thu được bảng 3.d.
3.3. Kết luận chương 3
Nghiên cứu chương 3 chúng ta tìm hiểu được sự phối hợp công suất của các động cơ ở các chế độ làm việc của ô tô Hybrid. Xây dựng được các đường đặc tính khi phối hợp các động cơ.
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu, hầu hết các vấn đề đã đặt ra đều đã được giải quyết. Chúng ta đã nhận thấy được vấn đề cấp thiết hiện nay đó là ô nhiếm môi trường. Từ đó tìm hiểu về ô tô Hybrid, một loại ô tô kết hợp cả hai động cơ nhiệt và điện để giải quyết vấn đề trên. Ở đây chúng ta đi sâu nghiên cứu về hệ thống điều khiển trên xe và cách kết hợp hai nguồn công suất của cả hai động cơ đảm bảo việc hoạt động của xe. Trước hết chúng ta đã tìm hiểu về các phương án bố trí các phần tử trong hệ thống truyền lực, cũng như là các phương án phối hợp hai dòng công suất. Từ đó thấy được các ưu, nhược điểm của từng loại và lựa chọn phương án tối ưu nhất. Tiếp theo là nghiên cứu về từng bộ phận trong đó như: động cơ nhiệt, động cơ điện, pin cao áp, bộ phân chia công suất, phương án điều khiển,… Đặc biệt là bộ phân chia công suất, điều đặc biệt ở ô tô Hybird và được xem là trái tim của loại ô tô này. Bằng các nghiên cứu về kết cấu, nguyên lý hoạt động, tính toán số liệu, mô phỏng chúng ta đã hình dung cơ bản về cách thức điều khiển, hoạt động, phối hợp của các bộ phận trong một số chế độ làm việc thường xuyên của xe. Từ đó đặt nền tảng cho việc nghiên cứu tiếp theo để vận dụng vào các phương tiện trong lĩnh vực quân sự nói riêng cũng như trong các lĩnh vực khác nói chung. Quá trình nghiên cứu do đây là một loại ô tô khá mới lạ, cũng như tài liệu chuyên sâu còn nhiều hạn chế nên việc nghiên cứu còn một vài thiếu sót và một số vấn đề còn chưa nghiên cứu được sâu.
….. ngày … tháng … năm 20…
Hoc viên thực hiện
…………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam (2010): Ô tô không truyền thống. NXB : Giáo dục Việt Nam. Đà Nẵng - 2010;
2. Husain I. Electric and hybrid vehicles: design fundamentals. - CRC press, 2021.
3. Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E. Gay, Ali Emadi (2005): Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory and Design. CRC PRESS LLC, New York (USA) - 2005;
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"