Thiết kế hệ thống động lực xe hybrid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC XE HYBRID GVHD: ThS TRẦN ĐÌNH QUÝ SVTH: NGUYỄN THÀNH PHÁT BÙI HỮU QUỐC SKL010662 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC XE HYBRID SVTH : NGUYỄN THÀNH PHÁT MSSV : 19145438 SVTH : BÙI HỮU QUỐC MSSV : 19145117 GVHD: ThS TRẦN ĐÌNH Q Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC XE HYBRID SVTH : NGUYỄN THÀNH PHÁT MSSV : 19145438 SVTH : BÙI HỮU QUỐC MSSV : 19145117 GVHD: ThS TRẦN ĐÌNH Q Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2023 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ Ba mẹ nguồn động viên nguồn cảm hứng lớn sống chúng em Chúng em biết ơn ba mẹ sinh nuôi dưỡng chúng em, dạy cho chúng em giá trị sống kiên nhẫn để vượt qua khó khăn Trải qua q trình học tập xuyên suốt 20 năm, ba mẹ động viên ủng hộ chúng em Trong trình học tập rèn luyện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM chúng em học nhiều kiến thức bổ ích chun mơn lẫn kiến thức sống từ thầy cô, chúng em quý thầy tận tình dạy giúp đỡ trình học tập Từ kiến thức mà q thầy dạy giúp chúng em có sở tảng để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp cách thuận lợi Nhóm chúng em đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Ths Trần Đình Quý Giáo viên hướng dẫn đề tài, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều khiện, động viên giúp đỡ chúng em nhiều mặt tinh thần kiến thức để chúng em vượt qua ngày tháng khó khăn q trình nghiên cứu hoàn thiện đồ án, để cuối hồn thành ngày hơm Mặc dù chúng em cố gắng nỗ lực nhiều, hạn chế kiến thức thời gian nghiên cứu, đồ án chúng em cịn thiếu sót Vì vậy, chúng em mong nhận đóng góp hướng dẫn từ quý thầy để hồn thiện đồ án cách tốt Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn i Với sơ đồ kết nối ta chọn nên ta có: 𝑘1 = 𝑘3 = 𝑍+1 𝑍 𝑍+1 Tỉ số truyền: 𝑘1 = 𝑍+1 = 0,4 → 𝑍 = 1,5 4.2 Tính tốn hộp số Hình 4.2 Sơ đồ động hộp số 52 Tỉ số truyền lực chính: 𝑖0 = 𝜋 𝑛𝑚𝑎𝑥 𝑟𝑏 30 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑍 Với: 𝑛𝑚𝑎𝑥 = 6000; tốc độ quay tối đa ĐCDT (rpm) 𝑟𝑏 = 0,41 (m) 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 38,88(m/s) 𝜋.6000.0,41  𝑖0 = 30.38,88.1.5= 4,42  Tỉ số truyền tay số 1: phải thoả mãn lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động phải thắng lực cản tổng cộng mặt đường 𝑇𝑚𝑎𝑥 𝐺 𝑟𝑏 𝑖ℎ1 ≥ 𝑀𝑚𝑎𝑥 𝑖𝑜 𝜂𝑡 Với: 𝑇𝑚𝑎𝑥 = 0,02 + 0,4= 0,42 G=1828.10=18280 N Khi khởi hành có ĐCĐ hoạt động, nên momen truyền vào hộp số momen đầu kết hợp tốc độ momen truyền từ ĐCĐ: 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝑀𝑚,𝑚𝑎𝑥 𝑍 = 180 1,5 = 270 (𝑁𝑚)  𝑖ℎ1 ≥ 0,42.18280.0,41 270.4,42.0,95 = 2,78 Mặt khác ta có: lực kéo tiếp tiếp lớn bánh xe chủ động bị hạn chế điều kiện bám 𝐺𝑏 𝜑 𝑟𝑏 𝑖ℎ1 ≤ 𝑀𝑚𝑎𝑥 𝑖𝑜 𝜂𝑡 Với: 𝐺𝑏: Trọng lượng bám lên bánh xe chủ động 53 Ta lấy: 𝐺𝑏 = 0,5 𝐺 = 0,5.18280 = 9140 (𝑁) 𝜑: hệ số bám dọc bánhh xe với đường Ta chọn 𝜑 = 0,95 Ta có: 𝑖ℎ1 ≤ 9140.0,95.0,41 259,2.4,6.0,95 = 3,14 Ta suy tỉ số truyền tay số nằm khoảng 2,78 ≤ 𝑖ℎ1 ≤ 3,14 Ta chọn ih1 =3  Tỉ số truyền tay số khác: 𝑛−2 Tỉ số truyền tay số cịn lại tính: 𝑖ℎ𝑘 = Tỉ số truyền tay số 2: 𝑖ℎ2 = √𝑖ℎ1 = √3 = 1,732 Tỉ số truyền thẳng: 𝑖ℎ3 =  Tỉ số truyền tay số lùi: Ta chọn 𝑖𝑟 = 1,2 𝑖ℎ1 = 3.1,2 = 3,6 4.3 Xây dựng đường đặc tính kéo  Đặc tính kéo ĐCĐT hoạt động độc lập Tính momen Me ĐCĐT : 𝑁𝑒 𝑀𝑒 = (Nm) 𝜆𝑣.𝜔𝑒.(𝑎+𝑏.𝜆𝑣+𝑐.𝜆𝑣 ) Tính lực kéo Fke ĐCĐT : 𝐹𝑘𝑒 = 𝑀𝑒.𝑖𝑘ℎ.𝑖0.𝑦𝑡 (N) 𝑅𝑏𝑥 Tính vận tốc Ve ĐCĐT: 𝑉𝑒 = 𝜔𝑒.𝑅𝑏𝑥 𝑖𝑘ℎ.𝑖0 (m/s) 54 𝑛−(𝑘+1) √𝑖ℎ1 Hình 4.3 Đồ thị lực kéo kéo bánh xe chủ động  Đặc tính kéo ĐCĐ hoạt động độc lập Tính momen Me ĐCĐ: 𝑀𝑚 = 𝑁𝑚 [N.m] 𝜆𝑣.𝜔𝑚.(𝑎+𝑏.𝜆𝑣+𝑐.𝜆𝑣 ) Tính lực kéo Fke ĐCĐ: 𝐹𝑘𝑚 = 𝑀𝑚.𝑖𝑘ℎ.𝑖0.𝑦𝑖 𝑅𝑏𝑥 [N] Tính vận tốc Ve ĐCĐ: 𝑉= 𝜔𝐸.𝑅𝑏𝑥 𝑖𝑘ℎ.𝑖0 [m/s] Tính cơng suất ĐCĐ: Nm=Mm 𝜔𝑚 [W] 55 Hình 4.4 Đồ thị lực kéo xe sử dụng motor điện  Đặc tính kéo tơ: Cơng thức tính lực kéo dùng nguồn ĐCĐ Pk1 𝜆.𝜔𝑚.𝑅𝑏𝑥 V1 = 𝑖1_𝑀.𝑖0 𝑀1.𝑖0.𝑖1𝑀.𝑦 Pk1 = 𝑅𝑏𝑥 Cơng thức tính lực kéo dùng nguồn ĐCĐT Pk2 𝜆.𝜔𝑒.𝑅𝑏𝑥 V2 = 𝑖1_𝑁.𝑖0 𝑀2.𝑖0.𝑖1_𝑁.𝑦 Pk2 = 𝑅𝑏𝑥 Cơng thức tính lực kéo dùng nguồn ĐCĐ Pk1 truyền thẳng 𝜆.𝜔𝑚.𝑅𝑏𝑥 V3 = 𝑖0 56 𝑀1.𝑖0.𝑦 𝑅𝑏𝑥 Công thức tính lực kéo dùng nguồn ĐCĐ Pk2 truyền truyền thẳng 𝜆.𝜔𝑒.𝑅𝑏𝑥 V4 = 𝑖0 𝑀2.𝑖0 𝑦 Pk4 = 𝑅𝑏𝑥 Cơng thức tính lực kéo dùng nguồn kết hợp Pk5 𝜆.𝜔𝑀.𝑅𝑏𝑥 V5 = 𝑖0 (𝑀2.𝑘1+𝑀1.𝑘2).𝑖0.𝑦 Pk5 = 𝑅𝑏𝑥 Pk3 = Hình 4.5 Đồ thị lực kéo 57 4.4 Kết đánh giá 58 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật ô tô thiết kế xe tham khảo 59 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết Luận Qua thời gian tìm hiểu tính tốn thực đề tài “Tính tốn hệ động lực xe hybrid” chúng em đạt mục tiêu thiết kế cho hệ động lực xe hybrid Vận tốc cực đại xe 140 km/h, mức tốc độ xem hợp lý an toàn điều kiện đường xá thực tế phù hợp với tính cách lái xe người Việt Nam Việc giảm tốc độ tối đa giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu khí thải, đồng thời giảm lượng lượng cần thiết từ pin giảm trọng lượng tổng thể xe Thời gian để xe tăng tốc từ đến 100 km/h 12 giây, thời gian tăng tốc tốt nhất, xe hybrid, tốc độ yếu tố quan trọng Điều quan trọng khả tối ưu hóa hiệu suất lượng tiết kiệm nhiên liệu Độ dốc tối đa mà tơ leo 40% (22,6 độ) với tốc độ 30 km/h, đảm bảo khả vượt dốc vận hành ổn định địa đồi núi Việt Nam Tóm lại, nhìn chung nhóm đạt mục tiêu thiết kế vận tốc cực đại, thời gian tăng tốc khả leo dốc, hệ động lực xe hybrid thiết kế để đáp ứng yêu cầu vận hành hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu đồng thời giảm tác động đến môi trường 5.2 Kiến nghị Vì thời gian khả nghiên cứu cịn hạn chế, chúng em khơng thể tiến hành nghiên cứu sâu rõ ràng vấn đề liên quan đến xe hybrid Thay vào đó, chúng tơi dựa vào lý thuyết sẵn có để tính tốn đạt thơng số cần thiết cho xe hybrid Mặc dù có giới hạn, phương pháp tính tốn cho phép nhóm đánh giá ước lượng hiệu suất, tiết kiệm lượng khả vận hành xe Mặc dù không hồn tồn xác việc nghiên cứu sâu thực nghiệm thực tế, mang lại nhìn tổng quan giúp chúng em hiểu tính tiềm hệ thống động 60 cho xe hybrid Qua trình tìm hiểu nhóm có kiến nghị sau: - Có thể sản xuất xe hybrid chỗ với tốc độ tối đa 80 km/h công nghệ nước cách kết hợp động DC công suất kW động ICE công suất 5,7 kW Các đề tài nhiều nhà nghiên cứu Việt Nam thực tài liệu tham khảo quan trọng để chúng em hoàn thành đồ án lần - Nghiên cứu phát triển xe hybrid theo hướng tối ưu quãng đường khí thải - Nâng cao hiệu sử dụng phanh tái tạo để sạc pin - Nâng hệ hybrid sang giai đoạn tiếp theo, xe điện hoàn toàn, xu hướng bùng nổ tương lai gần ngành ô tô 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Văn Ga, Nghiên cứu hệ thống động lực cho ô tô Hybrid, Đại học Đà Nẵng, 2005 [2] GVC.MSc Đặng Q, Giáo trình Ơ tơ 1, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Khoa Cơ Khí Động Lực, Bộ Môn Khung Gầm, 2010 [3] Mehdrad Ehsani, Stefano Longo, Yimin Gao, Kambiz Ebrahimi, Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles, CRC Press, 2018 [4] Lê Văn Tụy, Kết Cấu Và Tính Tốn Ơ Tơ, Đà Nẵng, 2008 [5] Toyota Hybrid system, tài liệu Toyota [6] www Oto-hui.com 62 PHỤ LỤC clear clc %Cac thong so cua xe %Kich thuoc cua xe m=1328; g=10; G=m*g; k=0.4;S=2; f=0.02; rbx=0.41;nt=0.95; %Thong so dong co dot a=1;b=1;c=1; Pemax=79000; nE=6000; omegaE=628; %Thong so dong co dien nM=6000; Pm=50000; Mm=180; omegaM=628; %Thong so he thong truyen luc %Bo ket noi ik1=2.5;ik2=1.67; k1=0.4; k2=0.6; isp=1.5; %Hop so ih1=3;ih2=1.73;ih3=1; %Truyen luc chinh i0=4.42; %Dac tinh dong co dot ne=[600:10:6000]; l=length(ne); lamda=ne/nE; Pe=Pemax*(a.*lamda+b.*lamda.*lamda-c.*lamda.*lamda.*lamda); Me=(10.*Pe)./(1.047.*ne); figure (1) plot(ne,Me); title('DO THI DAC TINH DONG CO DOT TRONG'); xlabel('ne(rpm)'); ylabel('Me (Nm)'); grid on figure (2) plot(ne,Pe); title('DO THI DAC TINH DONG CO DOT TRONG'); xlabel('ne(rpm)'); 63 ylabel('Pe (W)'); grid on Pk1=Me.*(ih1*i0*nt/rbx); v1=(2*pi*rbx/(60*i0*ih1*isp)).*ne*3.6; Pk2=Me.*(ih2*i0*nt/rbx); v2=(2*pi*rbx/(60*i0*ih2*isp)).*ne*3.6; Pk3=Me.*(ih3*i0*nt/rbx); v3=(2*pi*rbx/(60*i0*ih3*isp)).*ne*3.6; Pf=f*G; Pomega=0.625.*k*S.*(v3/3.6).^2; figure(3); plot(v1,Pk1,v2,Pk2,v3,Pk3,v3,Pf+Pomega); grid on title('DO THI LUC KEO DONG CO DOT TRONG'); xlabel('v(km/h)'); ylabel('P (N)'); legend('Pk1','Pk2','Pk3','Pf+Pomega'); %Dac tinh dong co dien for i=1:l if ne(i)