Nghiên cứu hệ thống truyền lực trên ô tô hybrid toyota cross

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNHCÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID-TOYOTA CROSS GVHD: THÁI HUY PHÁT SVTH : NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG NGUYỄN PHẠM XUÂN TÚ SKL009099 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID-TOYOTA CROSS SVTH KHỐ NGÀNH : GVHD Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID-TOYOTA CROSS SVTH : NGUYỄN HOÀNG PHƯƠNG NGUYỄN PHẠM XUÂN TÚ MSSV: 18145210 MSSV: 18145283 KHỐ : K18 NGÀNH : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD : THS THÁI HUY PHÁT Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHI ỆP Họ tên Sinh viên: Nguyễn Hoàng Phương MSSV: 18145210 Nguyễn Phạm Xuân Tú MSSV: 18145283 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Lớp: 18145CL6A Giảng viên hướng dẫn: ThS Thái Huy Phát Ngày nhận đề tài: 20/3/2022 Ngày nộp đề tài: Tên đề tài : NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID- TOYOTA CROSS Nội dung thực đề tài - Tổng quan ô tô hybrid - Giới thiệu Toyota Cross 1.8 HV - Cấu tạo hệ thống truyền lực Toyota Cross 1.8HV - Nguyên lí làm việc hộp số hybrid hệ thống điều khiển - Tổng kết đề tài Sản phẩm: - File thuyết minh đề tài TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ****** NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Nguyễn Hoàng Phương Nguyễn Phạm Xuân Tú MSSV: 18145210 MSSV: 18145283 Lớp: 18145CL6A Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: ThS Thái Huy Phát NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:………………… (Bằng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2022 Giảng viên hướng dẫn ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Nguyễn Hoàng Phương Nguyễn Phạm Xuân Tú MSSV: 18145210 MSSV: 18145283 Lớp: 18145CL6A Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: GVC, ThS Nguyễn Văn Toàn NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5.Đánh giá loại: Điểm:………………… (Bằng chữ: .) Tp.Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2022 Giảng viên hướng dẫn iii XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TƠ HYBRIDTOYOTA CROSS Họ tên sinh viên: Nguyễn Hồng Phương MSSV: 18145210 Nguyễn Phạm Xuân Tú MSSV: 18145283 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Sau tiếp thu điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo vệ, đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh theo yêu cầu nội dung hình thức Chủ tịch hội đồng: …………………………………………………………………… Giáo viện hướng dẫn: ………………………………………………………………… Giáo viên phản biện: ………………………………………………………………… iv LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập rèn luyện trường thân yêu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng em thật vinh dự tham gia thực đồ án tốt nghiệp Trong trình thực hiện, với giúp đỡ từ nhiều nguồn khác góp phần khơng nhỏ giúp chúng em hoàn thiện đồ án Sau đồ án hồn thành, chúng em có vài lời để tri ân cũng cảm ơn đến người Đầu tiên, chúng em xin cảm ơn Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung q Thầy Cơ khoa Cơ khí Động Lực nói riêng hết lịng đào tạo chúng em suốt thời gian vừa qua, cung cấp cho chúng em đầy đủ kiến thức cần thiết cho chun ngành để đến ngày hơm chúng em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn thứ hai lời cảm ơn đặc biệt chúng em gởi đến Thầy Thái Huy Phát giảng viên hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong suốt trình thực đồ án tốt nghiệp, thầy tận tình dạy, hướng dẫn chúng em để ngày hôm chúng em có thể đạt kết khả quan nhất Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Phạm Xuân Tú Nguyễn Hoàng Phương v TÓM TẮT Hệ thống truyền lực ô tô hybrid đề tài không mới, nhiên với đối tượng dòng xe Toyota Cross Hybrid, dòng xe hybrid mắt vào năm 2021, nhóm chúng em muốn mang đến nhìn cũng kiến thức với dòng xe hybrid đời Với đề tài này, chương nhóm giới thiệu công nghệ hybrid cách phân loại ô tô hybrid Tiếp theo giới thiệu số thông số kỹ thuật Toyota Cross Hybrid nghiên cứu phận hệ thống truyền lực xe, hệ thống điều khiển hybrid đường truyền công suất hệ thống chế độ lái Cuối cùng nhóm sử dụng phương trình động học hệ bánh để giải thích phương thức hoạt động hộp số hybrid P610 Từ cách vận hành hộp số ta rút cách mà hệ thống điều khiển nguồn động lực làm rõ vai trò động xăng xe chuyển động vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .iii XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU x DANH MỤC CÁC HÌNH xi DANH MỤC CÁC BẢNG xiv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu .2 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.5 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Chương 2: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 2.1 Công nghệ hybrid xe 2.1.1 Khái niệm xe hybrid [1] .3 [2] 2.1.2 Lịch sử phát triển xe hybrid 2.2 Xu hướng phát triển xe hybrid .6 2.3 Ưu điểm xe hybrid so với xe động đốt 2.3.1 Tiết kiệm nhiên liệu 2.4 Nhược điểm ô tô hybrid so với ô tô động đốt 12 2.4.1 Kết cấu phức tạp 12 2.4.2 Giá thành bán cao 12 2.4.3 Vấn đề pin động điện 12 2.5 Phân loại dạng hybrid 13 2.5.1 Phân loại theo mức độ lai 13 2.5.1.1 Hybrid nhẹ (Mild hybrid) 13 2.5.1.2 Hybrid hoàn toàn (Full hybrids) 15 vii hệ thống điều khiển MG2 để truyền động đến bánh bao chia công suất cầu chủ động Vận tốc quay bánh bao là: Vận tốc góc cầu chủ động: Vận tốc góc MG1 xác định biểu thức sau: nω MG1 Biểu đồ minh hoạ cho mối quan hệ vận tốc thành phần chia công suất sau: Hình 11 Biểu đồ minh hoạ chê độ khởi hành chạy với tải thấp chỉ số SOC [21] của pin HV thấp 106 Ở biểu đồ này, véc tơ vận tốc quay ba thành phần chia công suất cùng chiều Lúc hệ thống điều khiển hybrid điều chỉnh tốc độ MG2 động xăng để tăng tốc độ quay trục động điện MG1 nhằm nâng cao khả phát điện Ta có mơ men động xăng truyền đến bánh Z2: ω M 2e Mô men từ MG2 truyền đến bánh Z2: Mω2MG2 = Z2 ∗ MωMG2 ∗ ηZ3 = 53 Z3 ∗ MωMG2 ∗ ηZ3 (47) 17 Tổng mô men bánh Z2 là: ω ∑ M2 Từ ta có biểu thức mô men bánh xe chủ động: ω Mk = Mô men xoắn từ động truyền đến làm giảm mô men xoắn truyền đến bánh xe Do pin HV thấp nên động hoạt động tốc độ tương đối cao nên mô men xoắn không lớn lắm để gây cản trở chuyển động Tuy nhiên động truyền đến bánh xe phụ thuộc vào MG2, theo biểu thức (44) 5.3.3 Chế độ lái bình thường (tải trung bình) 5.3.3.1 Chế độ lái bình thường chỉ số SOC của pin HV đủ Khi vận hành tải trung bình, bánh xe chủ động dẫn động động xăng MG2 107 Hình 12 Chê độ lái bình thường (tải trung bình) [21] Về cách vận hành chế độ tương tự xe chạy tải thấp SOC HV thấp nhiên lúc khả phát điện MG1 thấp Biểu thức động học biểu thức (44), (45): nω MG1 nω k = 3975 ∗ nω 323 MG2 (51) Biểu đồ minh hoạ cho mối quan hệ vận tốc thành phần chia cơng śt ta có sau: 108 Hình 13 Biểu đồ minh hoạ chê độ lái bình thường SOC của pin HV đủ [21] Hệ thống điều khiển tốc độ động tốc độ MG2 cho tỉ lệ cần dẫn bánh bao hình 5.13 Tốc độ MG1 thấp pin HV đủ Mô men xoắn đến cầu chủ động phụ thuộc vào động MG2 chế độ biểu thức (49): ω Mk = 3975 ∗ ( MωMG2 ∗ ηZ3 − Mωe ∗ η c) (52) 323 1710 5.3.3.2 Chế độ lái bình thường chỉ số SOC của pin HV thấp Chế độ động hoạt động với tốc độ cao chế độ lái mà pin HV đủ Ta có biểu đồ quan hệ động học thể sau: nω MG1 = 108 30 ∗ nω e − 17 25 ∗ nω MG2 (53) 109 323 nω k = 3975 ∗ nω MG2 (54) Biểu đồ minh hoạ mối quan hệ vận tốc thành phần chia công suất thể sau: Hình 14 Biểu đồ minh hoạ chê độ lái bình thường SOC của pin HV thấp [21] Mô men kéo phụ thuộc vào mô men động mô men MG2: ω Mk = 3975 ∗ ( 5.3.4 Chế độ tải cao, bướm ga mở hoàn toàn Chế độ bướm ga động mở hoàn toàn, động hoạt động với tốc độ cao Động điện MG1 hoạt động với tốc độ cao để vừa sạc cho pin HV cấp điện cho MG2 nên MG2 quay với tốc độ cao Ta có quan hệ động học thể sau: 110 nω MG1 nω k = 323 3975 ∗ nω MG2 (57) Biểu đồ minh hoạ mối quan hệ vận tốc phận chia công suất thể sau: Hình 15 Biểu đồ minh hoạ chê độ tải cao [21] Tốc độ động xăng tốc độ MG2 tăng cao, tỉ lệ khâu điều chỉnh để MG1 phát điện với hiệu cao Tốc độ quay cầu chủ động nâng cao nhờ MG1 bổ sung điện cho MG2 Mô men xoắn từ động xăng truyền đến làm giảm mô men bánh xe là: MωMG2 Mωe Mk = 3975 ∗ ( ∗ ηZ3 − ω 323 ∗ ηc) 1710 (58) 111 5.3.5 Chế độ xe chạy trớn hoặc giảm tốc Khi xe chạy trớn giảm tốc, bánh xe chủ động xe dẫn động ngược lại MG2 thông qua bánh truyền cuối (Z 4), bánh trung gian (Z2) bánh giảm tốc MG2 (Z3) MG2 hoạt động máy phát tạo lượng điện sạc cho pin HV [21] Hình 16 Khi xe chạy trớn giảm tốc Động học MG2 thể qua biểu thức sau: nω MG2 = 323 3975 ∗ nω (59) k Đồng thời động từ bánh xe truyền đến bánh bao chia công suất: Quan hệ động học thành phần chia công suất: nω MG1 nω e = nω c = (62) (Động không hoạt động) 112 Ta có biểu đồ minh hoạ cho mối quan hệ vận tốc phận chia công suất sau: Hình 17 Biểu đồ minh hoạ xe chạy trớn giảm tốc [21] Vận tốc góc MG1 ngược chiều với vận tốc bánh bao hay vận tốc góc bánh xe Cần dẫn cố định động xăng không hoạt động Tuy nhiên nếu ta giảm tốc tốc độ cao động xăng (cần dẫn) xe giảm tốc đến vận tốc nhất định dừng hẳn để bảo vệ 5.3.6 Chế độ lùi xe Trong trình xe chạy lùi, bánh xe chủ động dẫn động mô tơ điện MG2 động khơng hoạt động Nếu q trình lùi xe, SOC pin HV bị thấp MG1 kích hoạt để khởi động động cơ, động dẫn động MG1 sạc điện lại cho pin HV 113 Hình 18 Chê độ lùi xe [21] Lúc mô men cầu chủ động phụ thuộc vào MG2 là: ω= 323 ∗ω 3975 ∗ (61) Động từ MG2 truyền đến bánh bao cầu chủ động là: nω r = 65 ∗ nω 17 MG2(62) Biểu đồ minh hoạ cho mối quan hệ vận tốc phận chia công suất sau: 114 Hình 19 Biểu đồ minh hoạ lùi xe [21] Vì lùi xe MG2, quay ngược lại nên bánh bao chia cơng śt có có nω r âm 5.4 Tổng kết nguyên lí hoạt động Ở chế độ hoạt động MG1 quay, tốc độ MG1 phụ thuộc vào khâu thành phần (động xăng, MG2) xe dừng lại (READY-ON) nếu pin HV yếu động xăng bật dẫn động MG1 nên điện Ở chế độ tải thấp khởi hành, Mô men kéo MG2 truyền đến: ω= 323 ∗ω 3975 ∗ 3(63) Khi pin thấp động xăng truyền động đến MG1 để phát điện, mặc dù động xăng có tham gia dẫn động động lực học động xăng ảnh hưởng không nhiều 115 Ở chế độ lái thường toàn tải, MG2 động xăng tham gia dẫn động, mô men kéo xác định biểu thức (49): ω Mk = 3975 ∗ ( MωMG2 323 ∗ ηZ3 − Mωe ∗ ηc) (64) 1710 Ở tốc độ trung bình tốc độ cao, mơ men kéo có xu hướng giảm xuống có tham gia động xăng Trong tốc độ góc cầu chủ động lại phụ thuộc vào MG2: nω k = 3975 ∗ nω 323 MG2(65) MG1 phát điện cung cấp cho MG2 để tăng tốc độ Tóm lại tăng tốc, mơ men xoắn thơng qua chia công suất, hệ thống hybrid điều khiển tốc độ MG2 động xăng cho phụ hợp với chế độ lái đồng thời điều khiển MG1 nạp tùy vào tình trạng SOC pin HV 116 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI 6.1 Kết luận Sau khoảng thời gian thực đồ án tốt nghiệp, đề tài “Nghiên cứu hệ thống truyền lực tơ Hybrid Toyota Cross”, nhóm có hội nâng cao củng cố lại kiến thức chuyên ngành mà học năm qua trường Đặt vấn đề đề tài hybrid với đối tượng nghiên cứu hệ thống truyền lực dịng xe Toyota Cross hybrid, nhóm thành cơng việc khái quát xe hybrid cách phân loại; đồng thời giới thiệu chi tiết, cụ thể phận hệ thống cũng nghiên cứu phân tích cách vận hành, phân chia cơng śt hai loại động cơ( động đốt động điện) phương trình động học động lực học Thơng qua đề tài này, nhóm chúng em muốn cho người thấy hoạt động hệ thống truyền lực dòng xe hybrid rất quan tâm Toyota Cross Hybrid Từ kết mà nhóm nghiên cứu được, tạo tiền đề để phát triển đề tài liên quan đến xe hybrid cao xe điện 6.2 Kiến nghị Đề tài hạn chế số điểm chưa có qui trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống khái quát hệ thống điều khiển Như để phát triển đề tài sâu nhóm chúng em nghĩ nên khắc phục mặt hạn chế ấy 117 TÀI LIỆU KHAM KHẢO [9] Kaoru Aoki, Shigetaka Kuroda, Shigemasa Kajiwara, Hiromitsu Sato and Yoshio Yamamoto; “Development of Integrated Motor Assist Hybrid System: Development of the 'Insight”; 6/2000 [10] Prof Amrinder Singh, Prof Lakshman Singh, Arun Kumar Pundir, Abhishek Saini; “Mild Hybrid Technology in Automotive: A Review”; 4/4/2021 [11] Oak Ridge National Laboratory, Mitch Olszewski; “Evaluation of 2004 Toyota Prius Hybrid Electric Drive System”; 5/2005 [12] Antonio Tota, Enrico Galvagno, Luca Dimauro, Alessandro Vigliani and Mauro Velardocchia; “Energy Management Strategy for Hybrid Multimode Powertrains: Influence of Inertial Properties and Road Inclination”; 10/12/2021 [17] Jinming Liu and Huei Peng, “Modeling and Control of a Power-Split Hybrid Vehicle”, 10/2008 [18] Toyota Motor Corporation, “TOYOTA HYBRID SYSTEM II”, Japan 5/2003 [23] Yanhe Li and Narayan C Kar; “Advanced Design Approach of Power Split Device of Plug-in Hybrid Electric Vehicles Using Dynamic Programing” Canada: University of Windsor; 2011 [21] Công ty ô tô Toyota Việt Nam TÀI LIỆU INTERNET: [1] Xe hybrid – Wikipedia tiếng Việt [2] Động Hybrid gì? Ưu nhược điểm xe Hybrid điều bạn chưa biết (tinbanxe.vn) [3] Khẳng định cam kết Việt Nam COP26 (backan.gov.vn) [4] Xe điện tạo sóng Đơng Nam Á (mt.gov.vn) [5] Đánh giá hiệu công nghệ Hybrid điều kiện sử dụng Việt Nam (haiquanonline.com.vn) [6] Sử dụng xe hybrid tiết kiệm tiền đổ xăng năm? (baogiaothong.vn) [7] Công nghệ Hybrid Toyota Việt Nam tiên phong giới thiệu [8] Volkswagen 48V Technology (volkswagenag.com) [13] Nguyên lý hoạt động động Hybrid xe Toyota Prius 2018 (toyota-thanglong.vn) [14] Technology | Innovation | MITSUBISHI MOTORS (mitsubishi-motors.com) [15] Hệ thống Plug-in Hybrid EV | Mitsubishi Motors Viet Nam (mitsubishimotors.com.vn) [16] Toyota Prius C - Rẻ tiết kiệm nhiên liệu (haiquanonline.com.vn) 118 Toyota Corolla Cross 2021: giá lăn bánh 4/2022, TSKT, đánh giá chi tiết (vnexpress.net) [20] Tất tần tật điều cần biết xe ô tô Toyota Cross (hoankiem-toyota.com) [22] Willis equation for planetary gears - tec-science [19] 119