Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Ô tô, máy kéo: Nghiên cứu thiết kế xe Hybrid từ xe Toyota Innova

Nhằm mục đích giảm tiêu thụ nguồn năng lượng dầu mỏ và giảm mức phát sinh ô nhiễm do khí thải động cơ gây nên thì biện pháp sử dụng hai nguồn động lực dẫn động kết hợp điện và động cơ đi

QUAN

Lý do thực hiện đề tài

Những nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than, khí,…đều đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt trong tương lai gần Do nhu cầu sử dụng của nhân loại càng lớn mà nguồn năng lượng này không được tái tạo Vì vậy buộc nhân loại phải vào cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế

Cho đến hiện nay, đa số các ô tô trên thế giới đều sử dụng động cơ đốt trong và sử dụng nhiên liệu truyền thống là xăng và diesel Nguồn dầu mỏ trên thế giới được các nhà nghiên cứu dự báo sẽ cạn kiệt trong khoảng 40 – 50 năm nữa Vì vậy, việc tìm ra giải pháp cho nguồn năng lượng cho ô tô là vấn đề cần thiết và quan trọng

Ngoài ra vấn đề khí thải do ô tô gây ra đã làm môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ra hiệu ứng nhà kính làm môi trường trái đất nóng lên, đặc biệt là tầng ozone đã và đang bị phá huỷ, nó là tấm khiên bảo vệ cho con người và các sinh vật khác trên trái đất

Như vậy, vấn đề ô nhiễm không khí và cạn kiệt nguồn nhiên liệu là vấn đề lớn cấp bách hiện nay mà cả thế giới đang rất quan tâm Vấn đề này đòi hỏi cả nhân loại phải nghiên cứu và đưa ra các giải pháp hợp lý để giải quyết Ở luận văn này lựa chọn việc hạn chế sử dụng nguồn nhiên liệu truyền thống bằng cách sử dụng thêm nguồn năng lượng điện có trữ lượng lớn và ít gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, ô tô hybrid, một dòng xe lai giữa ô tô sử dụng động cơ đốt trong truyền thống và ô tô chạy bằng điện, là một trong những giải pháp giải quyết vấn đề này

Do vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế xe hybrid từ xe Toyota Innova” để phân tích tính năng động lực học của xe sau cải tạo.

Mục đích và đối tượng nghiên cứu

Mục đích của luận văn là đánh giá tính năng động lực học của xe hybrid sau cải tạo và giúp người đọc, người nghiên cứu hiểu rõ hơn về xe hybrid Ở luận văn này, đối tượng nghiên cứu chính là dòng xe Toyota Innova 8 chỗ ngồi cải tạo thành xe hybrid.

Phạm vi và nội dung nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các đặc tính của xe hybrid Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá hiệu suất động lực học của xe hybrid sau khi cải tạo thông qua so sánh với xe Toyota Innova 8 chỗ ngồi trước khi cải tạo.

Trong luận văn này, giới thiệu sơ lược về ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ, sơ lược về xe hybrid, thiết kế cải tạo ô tô Toyota Innova 8 chỗ ngồi thành xe hybrid, và đánh giá kết quả xe hybrid sau khi cải tạo Nội dung cụ thể như sau:

 Giới thiệu về môi trường do khí xả động cơ đốt trong + Giới thiệu chung về ô nhiễm môi trường

+ Ô nhiễm không khí do khí xả động cơ đốt trong

 Giới thiệu tổng quan về xe hybrid và Toyota hybrid + Giới thiệu xe hybrid

+ Toyota hybrid + Tình hình sử dụng xe hybrid

 Thiết kế cải tạo xe Toyota Innova 8 chỗ ngồi thành xe hybrid + Yêu cầu và đặc điểm của xe hybrid sau cải tạo

+ Phương pháp cải tạo + Sơ đồ bố trí và các phương án truyền động trên xe hybrid + Tính toán sơ bộ một số bộ phận trên xe hybrid

 Đánh giá xe hybrid sau cải tạo + Xây dựng đường đặc tính xe hybrid khi chỉ sử dụng động cơ đốt trong + Xây đựng đường đặc tính xe hybrid khi chỉ sử dụng động cơ điện + Xây dựng đường đặc tính xe khi kết hợp hai nguồn công suất + Đánh giá kết quả

 Kết luận và hướng phát triển đề tài

Phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài

Luận văn này được nghiên cứu theo phương pháp:

 Theo phương pháp tham khảo tài liệu về ô tô hybrid: sách, các bài báo khoa học, luận văn thạc sĩ,…

 Theo phương pháp chuyên gia: tham khảo ý kiến từ thầy cô, những người nghiên cứu về ô tô hybrid,…

 Phương pháp tổng hợp số liệu

Xe hybrid giúp giảm được một phần đáng kể lượng khí thải của động cơ đốt trong thải ra bên ngoài môi trường

Xe Hybrid tận dụng nguồn năng lượng được tạo ra khi phanh, chuyển đổi nó thành điện năng và sạc điện lại cho ắc quy Giải pháp này giúp giải quyết bài toán năng lượng đang ngày càng cạn kiệt, đồng thời tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm lượng khí thải.

Xe hybrid không cần sạc từ nguồn điện bên ngoài, mà lấy nguồn năng lượng của động cơ động cơ đốt trong để sạc lại cho ắc qui

Xe hydrid là loại xe sử dụng cả động cơ đốt trong truyền thống cùng với động cơ điện Ưu điểm của xe hybrid là khả năng vận hành bằng động cơ đốt trong khi hết điện hoặc không tìm thấy trạm sạc, một điểm yếu của xe điện hoàn toàn.

Tận dụng được nguồn xe Toyota Innova rất lớn hiện nay ở Việt Nam, cải tạo thành xe Hybrid.

THIỆU VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ

Giới thiệu chung về ô nhiễm môi trường

Môi trường là các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo, lý học, hóa học, sinh học cùng tồn tại trong một không gian bao quanh con người Các yếu tố đó có quan hệ mật thiết, tương tác lẫn nhau và tác động lên cá thể sinh vật hay con người để cùng tồn tại và phát triển

2.1.1 Khái niệm ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường là sự thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phần và đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của không khí, nước hoặc đất mà nó có thể ảnh hưởng đến sức khỏe, sự sống

2.1.2 Phân loại ô nhiễm môi trường

Có nhiều cách phân loại ô nhiễm môi trường như: theo đối tượng chịu tác động của ô nhiễm, theo tính chất hoạt động, theo sự phân bố không gian, theo nguồn gây ô nhiễm

Vì ô tô thải khí xả ra ngoài làm ô nhiễm môi trường không khí nên phân loại ô nhiễm môi trường theo đối tượng chịu tác động của ô nhiễm như sau:

2.1.2.1 Ô nhiễm môi trường không khí Ô nhiễm không khí là sự có mặt của những chất lạ hoặc sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch, bụi, có mùi khó chịu, làm giảm tầm nhìn…

Hình 2 1: Ô nhiễm môi trường không khí Một số nguyên nhân gây ra ô nhiễm không khí:

 Các phương tiện giao thông: quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và thải ra các chất khí xả ô nhiễm ra bên ngoài môi trường

 Nguồn ô nhiễm công nghiệp: do các nhà máy, các khu công nghiệp,… hoạt động sản xuất sản phẩm thải ra nhiều loại khí độc ra môi trường

 Nguồn sinh hoạt: hoạt động sinh hoạt ở gia đình, khu tập thể,… cũng gây ra ô nhiễm đáng kể đến môi trường

 Núi lửa: núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua, metan và những loại khí khác Không khí chứa bụi lan tỏa đi rất xa vì nó được phun lên rất cao

Các đám cháy rừng xảy ra từ nguyên nhân tự nhiên như sét đánh hoặc do tác động của con người, gây ra sự cháy lan tràn cùng lượng lớn bụi và khí thải.

 Bão bụi do gió mạnh và bão gây nên, mưa bào mòn đất đất sa mạc, đất trồng và gió thổi tung lên thành bụi

Quá trình phân hủy xác động vật, thực vật cũng góp phần phát thải khí độc do phản ứng hóa học giữa các khí tự nhiên tạo thành khí sunfua, nitric gây ô nhiễm không khí Tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng gây ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe con người, đặc biệt là hệ hô hấp.

Bảng 2 1: Các bệnh có tỷ lệ người mắc cao nhất trong phạm vi toàn quốc

Số người mắc bệnh (trên 100000 dân)

Số người mắc bệnh (trên 100000 dân)

2 Viêm họng và viêm amidan cấp 367,61 3,68 385,58 3,8

3 Viêm phế quản và viêm tiểu phế quản 267,92 2,68 306,21 3,1 Ô nhiễm môi trường không khí do khí thải động cơ gây ra làm cho số người nhiễm bệnh về đường hô hấp ngày càng tăng qua các năm

Tiếng ồn là tập hợp những âm thanh có cường độ và tần số khác nhau, sắp xếp không có trật tự, gây cảm giác khó chịu cho người nghe, ảnh hưởng đến quá trình làm việc và nghỉ ngơi của con người Hay là những âm thanh phát ra không đúng lúc, không đúng nơi, âm thanh phát ra với cường độ quá lớn, vượt qua mức chịu đựng của con người

Như vậy, tiếng ồn là một khái niệm tương đối, tùy thuộc từng người mà có cảm nhận tiếng ồn khác nhau, mức ảnh hưởng cũng sẽ khác nhau

Hình 2 2: Hoạt động giao thông gây ô nhiễm tiếng ồn Có các nguồn tiếng ồn như sau:

 Tiếng ồn trong xây dựng

 Tiếng ồn công nghiệp và sản xuất

 Tiếng ồn trong sinh hoạt

Tiếng ồn được đo chủ yếu tại các khu đô thị lớn, các khu công nghiệp, các trục giao thông,…

Hình 2 3: Biểu đồ diễn biến mức độ đồn gần đường giao thông và khu dân cư ở một số vùng phía Nam qua các năm

Tiếng ồn tại các đô thị lớn có cường độ tăng nhanh nhưng vẫn thấp hơn tiếng ồn tại các trục giao thông và tiếng ồn tại các trục giao thông đã vượt qua ngưỡng báo động

2.1.2.3 Ô nhiễm môi trường nước Ô nhiễm nước là sự có mặt của một số chất ngoại lai trong môi trường nước tự nhiên dù chất đó có hại hay không Khi vượt qua một ngưỡng cho phép thì chất đó sẽ trở nên độc hại gây nguy hiểm cho con người, sinh vật, nông nghiệp,…

Một số nguồn gốc gây nên ô nhiễm môi trường nước như:

 Nguồn gốc tự nhiên: do mưa, tuyết tan, bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật, xác chết các sinh vật,…

 Nguồn gốc nhân tạo: quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng chất lỏng vào môi trường nước như các chất thải sinh hoạt, chất thải công nghiệp, thuốc trừ sâu,… Ảnh hưởng của ô nhiễm nguồn nước đối với sức khỏe con người thông qua hai con đường qua: một là ăn uống phải nước bị ô nhiễm hay các loại rau quả và thủy hải sản được nuôi trồng trong nước bị ô nhiễm; hai là do tiếp xúc với môi trường nước bị ô nhiễm trong quá trình sinh hoạt và lao động Gây ra một số bệnh đối với con người

2.1.2.4 Ô nhiễm môi trường đất Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất ô nhiễm

Có thể phân loại đất bị ô nhiễm theo các nguồn gốc:

 Do các chất thải công nghiệp

 Do các chất thải sinh hoạt

 Do các chất thải nông nghiệp

Các phế thải và chất thải không được xử lý thải ra môi trường gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khỏe con người, làm gia tăng các bệnh về mắt, hô hấp, các bệnh về da,…

Ô nhiễm không khí do khí xả động cơ đốt trong

Ô nhiễm không khí là khi thành phần của nó có sự biến đổi quan trọng hay sự có mặt của chất lạ làm cho không khí không sạch, có bụi, có mùi lạ… và gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con người

2.2.2 Các thành phần chính gây ô nhiễm không khí do khí xả động cơ đốt trong

Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp Hydrocarbon với không khí chỉ sinh ra CO2, H2O, và N 2 Tuy nhiên trong nhiên liệu và không khí vẫn còn xuất hiện những chất khác và sự diễn biến phức tạp quá trình cháy bên trong động cơ nên trong khí xả động cơ còn luôn chứa một hàm lượng chất độc như: oxyt nito (NOx), monoxide carbon (CO), các hydrocarbure chưa cháy (HC), và bồ hóng

CO là chất khí không màu, không mùi, là khí ô nhiễm phổ biến trong phần dưới của tầng khí quyển Nguồn CO nhân tạo chủ yếu được phát ra từ quá trình cháy không hoàn toàn các nhiên liệu hóa thạch

Hình 2 4: Biểu đồ diễn biến nồng độ CO do hoạt động giao thông Nồng độ CO đã giảm nhưng tới năm 2009 có xu hướng tăng lên

CO2 vốn có trong thành phần của không khí sạch, ngoài ra có thể được phát sinh khi đốt cháy hoàn toàn nguyên nhiên liệu chứa cácbon và trong quá trình hô hấp của động thực vật

Các oxyde nito thường viết tắt là NOx phát sinh qua các đốt cháy các nhiên liệu ở nhiệt độ cao, qua quá trình sản xuất hóa học có sử dụng niơ Trong tự nhiên, từ sự oxy hóa nitơ của không khí do sét, khí núi lửa và các quá trình phân hủy vi sinh vật Trong NOx thì NO và NO 2 được coi là những chất điển hình gây ô nhiễm không khí

Hình 2 5: Biểu đồ diễn biến nồng độ NO2 ven trục giao thông

Nồng độ NOx gần như không biến đổi qua các năm, có những nơi tăng lên sau đó giảm và lại tăng lên Nhưng mà đa số các nơi đã có nồng độ vượt qua mức cảnh báo

Có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường

Lưu huỳnh đioxit (SO2) là sản phẩm chính của quá trình đốt cháy hợp chất lưu huỳnh và là một mối quan tâm lớn về môi trường SO2 thường được mô tả là "mùi hôi của lưu huỳnh cháy".

SO2 là một khí vô cơ không màu nặng hơn không khí, một chất háu nước

Hình 2 6: Biểu đồ diễn biến nồng độ SO2 tại các trục đường giao thông

Chất lượng xăng dầu ngày càng được cải thiện tốt hơn, hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu giảm làm cho nồng độ SO2 giảm mạnh qua các năm

Là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi

Có mặt trong khí xả do được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu

Chì trong khí xả tồn tại dưới dạng hạt có đường kính cực bé

Hình 2 7: Biểu đồ diễn biến nồng độ chì trong không khí ven đường giao thông tại thành phố Hồ chí Minh giai đoạn 2005- 2009

Nồng độ chì tăng từ năm 2005 đến năm 2007 và đến năm 2008 thì giảm rất nhiều nhưng đến năm 2009 Nồng đồ chì đã tăng so với năm 2008

Tình trạng ô nhiễm gia tăng do khí thải động cơ đốt trong là vấn đề báo động, đòi hỏi sự quan tâm và hành động kịp thời Nếu không có biện pháp xử lý và khắc phục hiệu quả, số lượng người mắc bệnh liên quan đến ô nhiễm không khí sẽ tiếp tục tăng cao trong những năm tới, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng và chất lượng cuộc sống.

2.2.3 Tác hại đến con người

2.2.3.1 CO (Carbon monoxide) Ảnh hưởng đến sức khỏe con người: CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, , buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh

Tác hại của NOx: Monoxit nito (x=1) không gây nguy hiểm nhiều, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxit nito (x=2) NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở Protoxit nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển

Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các HC thơm Từ lâu người ta đã xác định vai trò của benzene trong căn bệnh ung thư máu khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi ồng độ lớn hơn 1g/m 3 , đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan

Rất dễ hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO 4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng của cơ thể và làm tăng cường đọ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân

Do có đường kính nhỏ nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn gọi là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocacbon thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng qua quá trình hình thành

Chì trong khí thải động cơ có kích thước hạt cực nhỏ, dễ xâm nhập cơ thể qua da, đường hô hấp Khoảng 30-40% chì tích tụ trong máu, gây rối loạn trao đổi ion não, ức chế tổng hợp enzym tạo hồng cầu Đặc biệt, chì ảnh hưởng hệ thần kinh, khiến trẻ chậm phát triển trí tuệ Khi nồng độ chì trong máu vượt 200-250 mg/l, chì trở nên nguy hiểm đối với con người.

2.2.4 Tác hại đến môi trường

Kết luận

Qua đây thấy sự quan trong môi trường xung quanh chúng ta và cần phải được bảo vệ trước những hoạt động mà con người tạo ra và đang dần làm phá huỷ môi trường Xác định được các thành phần chính gây ô nhiễm môi trường làm biến đổi môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe và tính mạng con người Cần nhanh chóng tìm ra giải pháp để giảm thiểu mức độ gây ô nhiễm.

QUAN VỀ XE HYBRID VÀ TOYOTA HYBRID

Giới thiệu xe hybrid

 Xe hybrid được phát triển từ rất sớm nhưng khi xăng dầu được phát hiện và có giá rẻ thì động cơ đốt trong phát triển nhanh chóng Năm 1896, chiếc xe hybrid đầu tiên được chế tạo bởi Peiper và được triển lãm ở Paris salon năm 1899 Là xe hybrid kiểu 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

Hình 3 1: Xe hybrid đầu tiên (1899)

 Vào năm 1899, một chiếc xe hybrid khác được giới thiệu tại Paris salon, là xe hybrid kiểu nối tiếp đầu tiên

 Năm 1903, Camille Jenatzy đã giới thiệu một xe hybrid kiểu song song tại Paris salon Chiếc xe này kết hợp động cơ xăng 6hp và động cơ điện 14hp

 Từ năm 1899 đến 1914, các xe lai khác cả kiểu song song và nối tiếp lần lượt ra đời Mặc dù phanh điện được sử dụng trong thiết kế trong thời gian đầu nhưng lại không đề cập đến phanh tái sinh (phanh phục hồi năng lượng) Và năm 1903 chiếc Lohner- Porsche đã được sản xuất

Hình 3 2: Xe hybrid Lohner- Porsche

 Những xe lai thế hệ đầu được chế tạo để hổ trợ thêm cho các động cơ đốt trong hoặc mở rộng tầm hoạt động của xe điện Chúng ứng dụng những công nghệ điện có sẵn Mặc dù có nhiều sáng tạo trong các thiết kế, nhưng những chiếc xe lai này không thể cạnh tranh nổi với các động cơ xăng được cải tiến đáng kể sau chiến tranh Thế Giới I Động cơ xăng có sự cải tiến vượt bậc về công suất, các động cơ trở nên nhỏ gọn, hiệu quả hơn và không cần sự hỗ trợ thêm của động cơ điện trong thời gian dài Sự tăng giá do thêm động cơ điện và sự độc hại từ ắc qui chì làm cho xe lai bị lãng quên

Hình 3 3: Xe hybrid Owen Magnetic Model 60 Touring (1921)

 Năm 1975, Dr Victor Wouk (được biết đến như một nhà nghiên cứu trong trào lưu xe điện) cùng với các đồng nghiệp đã chế tạo một phiên bản xe hybrid kiểu song song của chiếc Buick Skylark Động cơ được sử dụng là động cơ quay của Mazda kết hợp với số thường Nó được hỗ trợ bởi động cơ điện DC riêng biệt 15hp được đặt phía trước hộp số 8 ắc qui 12V được sử dụng để dự trữ năng lượng Tốc độ tối đa đạt được là 129 (km/h), khả năng tăng tốc từ 0 đến 97 (km/h) trong 16s

Hình 3 4: Xe hybrid Victor Wouk (1975)

 Trải qua hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và năm 1977, vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm, nhưng chẳng có chiếc xe lai nào xuất hiện trên thị trường Các nhà nghiên cứu bị thu hút bởi xe điện, vì vậy có nhiều mẫu xe được sản xuất trong thập niên 80 Xe lai thiếu sự quan tâm trong thời kỳ này là do thiếu sự phát triển của điện tử công suất ứng dụng, động cơ điện hiện đại và công nghệ ắc qui

Những năm 1980 chứng kiến sự quan tâm trở lại đối với xe lai khi rõ ràng xe điện không đạt mục tiêu tiết kiệm nhiên liệu Chương trình "Thách thức xe lai điện Ford" do Tập đoàn Ford khởi xướng đã thu hút sự tham gia của các trường đại học trong việc phát triển các phiên bản xe lai để sản xuất ô tô.

 Nỗ lực của người Châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750cc và 2 động cơ điện

 Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan

Prius ở Nhật Honda cũng cho ra dòng xe Insight hybrid và Civic hybrid Những chiếc xe này hiện đang được lưu thông trên thế giới Các dòng xe Toyota Prius và Honda Insight có giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe

Xe hybrid (HEV: hybrid electric vehicle) thường được gọi là xe lai hay xe lai điện, là một chiếc xe trong đó có hiều hơn một nguồn năng lượng, các bộ lưu trữ, các bộ đổi điện có thể phân phối năng lượng điện Xe lai hoạt động nhờ sự kết hợp hay hoạt động riêng lẻ giữa động cơ đốt trong và động cơ điện Có các thiết bị kiểm soát và điều khiển hai nguồn động lực để giúp xe hoạt động ở chế độ tốt nhất

Xe hybrid là giải pháp giải quyết cho vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay và khắc phục được phạm vi giới hạn hoạt động của xe điện Đặc biệt, ắc qui có thể được nạp điện lại với cơ chế nạp nhờ vào quá trình phanh, xe xuống dốc,…gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng nhờ vậy mà xe tiết kiệm được lượng nhiên liệu để sạc ắc qui Khi xe hoạt động trong thành phố thì xe chạy hoàn toàn nhờ động cơ điện hay khi dừng đèn đỏ, kẹt xe không có động cơ nào hoạt động sẽ không làm tiêu hao nhiên liệu và không gây ô nhiễm

3.1.3 Phương án bố trí các hệ thống trên xe hybrid

Xe hybrid sử dụng ba kiểu truyền động chính: nối tiếp, song song và hỗn hợp Kiểu nối tiếp sử dụng động cơ điện để truyền động xe, trong khi động cơ xăng đóng vai trò máy phát điện Kiểu song song cho phép cả động cơ điện và động cơ xăng vận hành đồng thời, chia sẻ nhiệm vụ truyền động Kiểu hỗn hợp kết hợp cả hai phương pháp, tối ưu hóa cả hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu và khả năng tăng tốc.

3.1.3.1 Hệ thống hybrid nối tiếp (Series hybrid system)

Hệ thống nối tiếp là loại đơn giản, động cơ điện truyền lực tới tất cả các bánh xe chủ động, một động cơ đốt trong nhỏ gọn chỉ kéo máy phát điện để sinh ra điện năng cung cấp cho động cơ điện, và sạc lại ắc qui khi mức năng lượng thấp hơn mức qui định

Hình 3 6: Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp

Dòng điện sinh ra từ hệ thống phanh của xe điện được chia làm hai phần: một phần dùng để nạp vào ắc-quy, phần còn lại sẽ chạy động cơ điện Động cơ điện này đóng vai trò kép: vừa hoạt động như động cơ để kéo xe, vừa hoạt động như máy phát điện để tái tạo năng lượng bằng cách thu hồi năng lượng khi xe xuống dốc hoặc phanh, góp phần tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả vận hành của xe điện.

Hình 3 7: Hệ thống hybrid nối tiếp

+ Với kiểu này thì việc bố trí động cơ nhiệt và động cơ điện dễ dàng hơn

+ Hệ thống truyền động đơn giản

+ Phù hợp cho những chuyến đi với khoảng cách ngắn

+ Trên xe luôn tồn tại 3 động cơ: động cơ đốt trong (ICE), máy phát điện (generator) và động cơ điện (motor)

+ Động cơ phải được thiết kế cho hoạt động ở công suất tối đa khi cần thiết như khỉ phải leo lên dốc cao Động cơ hoạt động liên tục trong quá trình xe chạy

Tình hình sử dụng xe hybrid

Với mục tiêu góp phần giải quyết các vấn đề môi trường, tập đoàn ô tô Toyota (TMC:

Toyota Motor Corp) luôn nỗ lực để đẩy mạnh nhu cầu thị trường đối với việc sử dụng các mẫu xe hybrid, doanh số xe hybrid chiếm 15% tổng doanh số bán hàng của TMC trên toàn cầu Và tính đến thời điểm 30/04/2012 thì xe hybrid bán được đạt ngưỡng 4 triệu chiếc (theo Toyota Việt Nam)

Bảng 3 2: Tổng số lượng xe Toyota hybrid bán được

Mỹ là quốc gia sử dụng ô tô hybrid nhiều nhất đạt 2263924 triệu chiếc tính tới tháng 3/2012, dẫn đầu là Toyota prius với 1151508 triệu chiếc chiếm 51%, kế đến là Honda civic với 211312 triệu chiếc chiếm 9%,…

Hình 3 13: Biểu đồ số lượng các loại xe hybrid bán được ở thị trường Mỹ từ năm

Toyota và Toyota hybrid

Một số thông số kỹ thuật cơ bản của các dòng xe phổ biến

Hình 3 14: Toyota Innova Bảng 3 3: Thông số kỹ thuật của các loại xe Innova

Innova G Innova V Innova J Động cơ

Loại động cơ 2,0 lít (1TR-

2,0 lít (1TR-FE) 2,0 lít (1TR-FE)

Kiểu 4 xi lanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với VVT - i

4 xi lanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với VVT - i

4 xi lanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với VVT - i

Dung tích xy lanh (cc) 1998 1998 1998

Công suất cực đại (Hp) 100/5200 (rpm) 100/5600 (rpm) 100/5600 (rpm) Momen xoắn cực đại (N.m) 182/4000 (rpm) 186/4000 (rpm) 186/4000 (rpm)

Loại nhiên liệu Xăng Xăng Xăng

Hệ thống nạp nhiên liệu EFI EFI EFI

Dung tích bình nhiên liệu (lít) 55 55 55

Kích thước và trọng lượng

Kích thước tổng thể (mm) 4580 x 1810 x

Chiều dài cơ sở (mm) 2750 2750 2750

Chiều rộng cơ sở trước/ sau (mm)

Khoảng sáng gầm xe (mm) 191 191 191

Trọng lượng không tải (kg) 1605 - 1660 1530- 1550 1530- 1550

Trọng lượng toàn tải (kg) 2250 2130 2170

Bán kính quay vòng tối thiểu (m)

Vành mâm xe Mâm đúc Mâm đúc Mâm đúc

Hộp số 5 số tay 4 số tự động 5 số tay

Bảng 3 4: Thông số kỹ thuật của các loại xe Fortuner

Fortuner 2.5G (4x2) MT Fortuner 2.7V (4x2) AT Động cơ

Loại động cơ 2KD - FTV 2TR-FE

Kiểu 2,5l diesel common rail tăng áp, 4 xylanh thẳng hàng, 16 van, DOHC

2,7l gasoline, 4 xylanh thẳng hàng, 16 van, DOHC, VVT-i

Dung tích xy lanh (cc) 2494 2694

Công suất cực đại (Hp) 100,5/3600 (rpm) 158/5200 (rpm) Momen xoắn cực đại (N.m) 26,51/1600-2400 (rpm) 24,57/3800 (rpm)

Loại nhiên liệu Diesel Xăng

Hệ thống nạp nhiên liệu EFI EFI

Dung tích bình nhiên liệu (lít) 55 65

Kích thước và trọng lượng

Kích thước tổng thể (mm) 4695 x 1840 x 1850 4695 x 1840 x 1850

Chiều dài cơ sở (mm) 2750 2750

Chiều rộng cơ sở trước/ sau (mm) 1540/1540 1540/1540

Khoảng sáng gầm xe (mm) 220 220

Trọng lượng không tải (kg) 1790- 1810 1840- 1850

Trọng lượng toàn tải (kg) 2380 2450

Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 5,4 5,9

Vành mâm xe Mâm đúc Mâm đúc

Hộp số 5 số tay 4 số tự động

Toyota Prius thuộc dòng Compact Hybrid car được sản xuất dành riêng cho thị trường Mỹ Dòng xe này là sự kết hợp hoàn hảo của động cơ xăng 1.5i 177 hp với động cơ điện 50 kW (68hp) Ra mắt thị trường tháng 12 năm 1997 với kiểu xe Sedan, đầu năm 2003 giới thiệu phiên bản mới có 05 cửa và 05 chỗ ngồi

Bảng 3 5: Thông số kỹ thuật Toyota Prius I

Thông Số Kỹ Thuật TOYOTA Prius 1.5 Hybrid 110 hp 2003 Động cơ

Loại động cơ 1.5 Hybrird, 4 xilanh

Dung tích xi lanh (cm3) 1496

Công suất cực đại (hp/ rpm) 110/ 5000 Momen xoắn cực đại (Nm/ rpm) 115/4000

Tốc độ tối đa (Km/ h) 170 Tăng tốc 0-100Km/ h (giây) 10.9

Hộp số 4 cấp số tay

Chiều dài cơ sở (mm) 2700

Khoảng sáng gầm xe (mm) 142

Tự trọng không tải (Kg) 1260

Trọng lượng tối đa (Kg) 1725

Sử dụng nhiên liệu Xăng, điện

Tiêu thụ nhiên liệu (city, L/ 100Km) 5 Tiêu thụ nhiên liệu (highway, L/ 100Km) 4,2 Tiêu thụ nhiên liệu (combined, L/ 100Km) 4,3

Hệ thống phanh trước/sau Đĩa hỗ trợ ABS

Năm bắt đầu sản xuất 2003

Nơi sản xuất Nhật Bản

Hình 3 17: Toyota Prius (2009) Bảng 3 6: Thông số kỹ thuật Toyota Prius II

Thông Số Kỹ Thuật TOYOTA Prius II 1.8L 4Xyl Hybrid 2010 Động Cơ

Loại động cơ 1.8 Hybrid, 4 xilanh

Dung tích xi lanh (cm3) 1,798

Công suất cực đại (hp/ rpm) 134hp (36hp từ mô-tơ điện)/ 5,200 Momen xoắn cực đại (Nm/ rpm) 142 / 4,000 (động cơ xăng)

Hộp số Vô cấp biến thiên liên tục điều khiển điện tử - EC

Chiều dài cơ sở (mm) 2,700

Khoảng sáng gầm xe (mm) 140

Tự trọng không tải (Kg) 1,380

Sử dụng nhiên liệu Xăng, điện

Tiêu thụ nhiên liệu (city, L/ 100Km) 4.6 Tiêu thụ nhiên liệu (highway, L/ 100Km) 4.9 Tiêu thụ nhiên liệu (combined, L/ 100Km) 4.7

Hệ thống phanh trước/sau Đĩa tản nhiệt với caliper trượt pit-tông đơn

Năm bắt đầu sản xuất 2009

Nơi sản xuất Nhật Bản

Toyota Prius, dòng xe hybrid bán chạy nhất thế giới, bước sang thế hệ thứ 3 với những cải tiến theo xu thế chung của các dòng xe Toyota làm cho Prius 2011 mang một nét mới lạ và cuốn hút Toyota Prius 2011 được trang bị động cơ 4 xylanh và một động cơ điện, công suất có thể lên tới hơn 134 mã lực

CHỖ NGỒI THÀNH XE HYBRID

Yêu cầu và đặc điểm của xe sau cải tạo

 Xe sau cải tạo phù hợp với điều kiện đường xá ở Việt Nam

 Vận tốc cực đại của xe sau cải tạo gần bằng với vận tốc cực đại của xe trước cải tạo

 Có khả năng leo dốc tối thiểu là 20%.

Phương pháp cải tạo

Có 3 kiểu hệ thống hybrid chính là hệ thống nối tiếp, hệ thống song song, hệ thống hỗn hợp Trong 3 hệ thống thì hệ thống hỗn hợp có đầy đủ các đặc điểm của hệ thống hybrid, hệ thống này tận dụng được tối đa các ưu điểm của hệ thống nối tiếp và song song và hiện nay đang được ứng dụng để sản xuất Do đó trong luận văn này chủ yếu nghiên cứu về hệ thống hybrid hỗn hợp.

Sơ đồ bố trí và các phương án truyền động trên ô tô hybrid

Để có thể truyền hai nguồn công suất khác nhau cùng lúc, nhất thiết phải có bộ truyền động kết hợp; qua đó bộ truyền 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

4.3.1 Bộ truyền kết hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ

Hình 4 1: Bộ truyền công suất kiểu nối cứng tốc độ

1 Động cơ nhiệt 2 Bình nhiên liệu 3 Bộ kết hợp công suất 4 Bánh xe chủ động

5 Cầu chủ động 6 Động cơ điện 7 Bộ điều khiển tốc độ động cơ điện 8 Nguồn ắc qui cao áp

  : Vận tốc góc động cơ nhiệt, động cơ điện

3: Vận tốc góc trục thứ cấp bộ kết hợp công suất

L ,L : Li hợp động cơ nhiệt, động cơ điện

Z , Z : Số răng hộp giảm tốc K: Khoá vi sai

 Khi chỉ sử dụng nguồn công suất động cơ nhiệt: Công suất truyền qua li hợp L1

(đã được đóng) đến đến cầu chủ động thông qua trục thứ cấp với tốc độ góc    1 3 Lúc này, khoá K (kiểu đồng tốc) không được đóng nên công suất của động cơ điện không thể truyền đến trục

 Khi chỉ sử dụng nguồn công suất từ động cơ điện: Khi chỉ truyền mỗi công suất của động cơ điện thì li hợp được ngắt để cắt nguồn công suất từ động cơ đốt trong

Lúc đó khoá K được đóng để nối bánh răng Z2 với trục thứ cấp Công suất động cơ điện được truyền qua li hợp L2 (li hợp được đóng), rồi truyền qua bộ giảm tốc, qua khoá K, sau đó mới truyền được đên trục thứ cấp

 Kết hợp cả 2 nguồn công suất của động cơ đốt trong và động cơ điện: Khi truyền động kết hợp cả 2 nguồn năng lượng thì cả 2 li hợp L1, L2, và khoá K sẽ được đóng Trục 3 sẽ nhận cả nguồn năng lượng từ động cơ đốt trong và động cơ nhiệt

Kết luận: Từ sơ đồ và các quan hệ động lực học ta thấy rằng bộ truyền kết hợp kiểu nối cứng tốc độ có ưu điểm là đơn giản về kết cấu Tuy vậy, bộ truyền kết hợp 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

4.3.2 Bộ truyền kết hợp kiểu vi sai

Hình 4 2: Bộ truyền kết hợp kiểu vi sai

1 Động cơ đốt trong 2 Máy phát điện (MG1) 3 Bộ phân chia công suất 4 Ắc qui cao áp

5 Bộ chuyển đổi điện 6 Động cơ điện (MG2)

7 Bánh xe chủ động 8 Cầu chủ động 9 Trục thứ cấp 10 Bánh răng trung tâm 11 Bánh răng hành tinh 12 Bánh răng bao

Z , Z , Z : Số răng bánh răng trung tâm, bánh răng bao, bánh răng hành tinh

 Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ nhiệt: lúc này li hợp L1 được đóng, L2 được mở, công suất được truyền từ động cơ đốt trong qua li hợp đến bánh răng hành tinh và truyền đến trục thứ cấp truyền đến cầu chủ động và đến bánh xe chủ động

 Khi chỉ truyền công suất bằng động cơ điện: li hợp L1 được mở, L2 được đóng, cống suất động cơ điện được truyền đến li hợp đến bánh răng trung tâm qua các bánh răng hành tinh truyền đến trục thứ cấp của hộp vi sai, truyền đến cầu chủ động và đến các bánh xe chủ động

 Khi kết hợp cả hai nguồn cống suất động cơ đốt trong và động cơ điện: li hợp L1, L2 được đóng Nguồn công suất của động cơ đốt trong và động cơ điện qua li hợp truyền đến bộ kết hợp công suất truyền đến trục thứ cấp của hộp vi sai, truyền đến cầu chủ động và truyền đến các bánh xe chủ động

Kết luận: Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai có thể nhận hai nguồn công suất với sai khác với số vòng quay một cách linh hoạt nhờ không có sự nối cứng giữa hai nguồn công suất truyền đến trục bánh răng bao Điều này tránh được hiện tượng cưỡng bức tốc độ của một trong hai nguồn

Ngoài ra, cho phép giảm tốc độ của trục bánh răng bao một cách hợp lí khi chỉ dùng một nguồn công suất Nhờ vậy cho phép phát huy tốt công suất cực đại của mỗi nguồn khi truyền động riêng rẻ

Với ưu điểm như vậy ở luận văn này chon phương án truyền động bộ truyền kết hợp kiểu vi sai.

Tính toán sơ bộ một số bộ phận trên xe hybrid

Với việc lựa chọn kiểu truyền động trên xe hybrid thì có các bộ phận chủ yếu như sau:

Hình 4 3: Sơ đồ bố trí chung của xe hybrid

 MG1: Tổ hợp động cơ điện và máy phát điện 1, hoạt động như máy phát điện

 MG2: tổ hợp động cơ điện và máy phát điện 2, hoạt động như động cơ điện

 Bộ phân chia công suất

Khi thiết kế cải tạo xe Toyota Innova thành xe hybrid thì động cơ đốt trong của xe Toyota Innova sẽ được thay thế bằng một loại động cơ đốt trong có công suất nhỏ hơn kết hợp với động cơ điện Và chọn theo phương án (73 – 30), tương ứng với động cơ đốt trong có công suất 73 kW và động cơ điện có công suất 30 kW, gần bằng với công suất động cơ dùng trên xe Toyota Innova có công suất 100 kW

4.4.1 Động cơ điện và máy phát điện Động cơ điện và máy phát điện cung cấp công suất và momen đến bánh xe chủ động giúp ô tô chuyển động về phía trước hay thực hiện chuyển động lùi Động cơ còn sử dụng ngược lại dòng điện trong quá trình tái sinh khi phanh xe hay xe chuyển động xuống dốc, chuyển đổi năng lượng cơ từ các bánh xe thành năng lượng điện Thuật ngữ

“động cơ điện” được dùng khi năng lượng điện chuyển thành năng lượng cơ, và thuật ngữ máy phát điện được dung khi dòng năng lượng điện cung cấp theo hướng ngược lại nhờ bộ chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện [3]

Tổ hợp động cơ điện- máy phát điện 1 (MG1: motor generotor 1) hoạt động như các bộ phận điều khiển phân chia công suất bộ bánh răng hành tinh Còn có nhiệm vụ nạp điện lại cho ắc qui cao áp (HV battery) và còn cung cấp điện dẫn động tổ hợp máy phát điện 2 (MG2: motor generator) MG1 điều khiển hiệu quả truyền động của hộp số và hoạt động như một động cơ để khởi động động cơ chính.[4]

Hình 4 4: Tổ hợp động cơ điện- máy phát điện (MG1) và (MG2)

Tổ hợp động cơ điện- máy phát điện 2 (MG2: motor generotor 2) được dùng để dẫn động ô tô ở tốc độ thấp và cung cấp lực đẩy khi cần tăng tốc Bằng cách cung cấp năng lượng trợ lực cho động cơ khi cần thiết và giúp cho ô tô đạt được hiệu suất tốt nhất

Hiện nay, động cơ điện được trang bị trên xe hybrid là động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều

4.4.1.1 Động cơ một chiều Động cơ điện một chiều sử dụng dòng điện một chiều Động cơ điện một chiều được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu momen khởi động cao hoặc yêu cầu tăng tốc êm ở một dải tốc độ rộng Động cơ điện một chiều có hai loại là động cơ một chiều có chổi than, động cơ một chiều không chổi than Động cơ điện một chiều có thể phân thành ba bộ phận chính sau:

 Cực từ: Tương tác giữa hai từ trường tạo ra sự quay trong động cơ một chiều Động cơ một chiều có các cực từ đứng yên và phần ứng (đặt trên các ổ đỡ) quay trong không gian giữa các cực từ Một động cơ một chiều có hai cực từ: cực nam và cực bắc

Các đường sức từ chạy theo khoảng mở từ cực bắc tới cực nam Với những động cơ phức tạp và lớn, có một vài nam châm điện Những nam châm này được cấp điện từ bên ngoài và đóng vai trò hình thành cấu trúc từ trường

 Phần ứng: Khi có dòng điện đi qua, phần ứng sẽ trở thành một nam châm điện

Phần ứng có dạng hình trụ, được nối với trục ra để kéo tải Với động cơ một chiều nhỏ phần ứng quay trong từ trường do các cực tạo ra, cho đến khi cực bắc và cực nam của nam châm hoán đổi vị trí tương ứng với góc quay của phần ứng Khi sự hoán đổi hoàn tất, dòng điện đảo chiều để xoay chiều các cực bắc và cực nam của phần ứng

 Cổ góp: bộ phận này thường có ở động cơ điện một chiều Cổ góp có tác dụng đảo chiều dòng điện trong phần ứng Cổ góp cũng hỗ trợ sự truyền điện giữa phần ứng và nguồn điện

Hình 4 5: Động cơ điện một chiều

 Ưu điểm động cơ điện một chiều:

+ Dễ điều khiển tốc độ mà không ảnh hưởng đến chất lượng cung cấp điện

+ Momen mở máy lớn do vậy kéo được tải nặng khi khởi động

 Nhược điểm của động cơ điện một chiều:

+ Tốc độ lớn nhất thấp

+ Thường xuyên bảo dưỡng do chổi than bị hao mòn

+ Công suất thấp đến trung bình

+ Cổ góp có cấu tạo phức tạp

+ Bị hạn chế sử dụng những khu vực sạch, không độc hại vì nguy cơ đánh lửa ở các chổi than

+ Động cơ một chiều đắt hơn so với động cơ xoay chiều

4.4.1.2 Động cơ điện xoay chiều Động cơ xoay chiều (AC) sử dụng dòng điện đổi chiều theo chu kỳ Động cơ điện xoay chiều có hai loại là động cơ xoay chiều không đồng bộ, động cơ xoay chiều đồng bộ

Một động cơ xoay chiều có hai phần cơ bản: một là stator là bộ phận đứng yên và một là rotor

Stator là một phần đứng yên của máy điện, chứa các cuộn dây của ba pha điện quay Những cuộn dây này được quấn trên các lõi thép kỹ thuật điện được bố trí trên một vành tròn, tạo ra từ trường quay cho máy điện hoạt động.

 Rotor là bộ phận quay, làm quay trục của động cơ Rotor hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép kỹ thuật điện

Hình 4 6: Động cơ điện xoay chiều

 Ưu điểm động cơ xoay chiều + Chế tạo đơn giản

+ Giá rẻ hơn động cơ một chiều (chỉ bằng một nữa hoặc thấp hơn giá của động cơ một chiều cùng công suất)

+ Ít yêu cầu bảo trì

+ Khó điều khiển tốc độ hơn động cơ một chiều (tuy nhiên có thể lắp thêm bộ điều khiển biến đổi tần số giúp cải thiện việc điều khiển tốc độ nhưng chất lượng điện lại giảm)

+ Độ ồn khi hoạt động cao hơn động cơ một chiều

Kết luận: Với ưu điểm của từng loại động cơ thì động cơ xoay chiều là lựa chọn phù hợp để trang bị trên xe hybrid

4.4.1.3 Chọn động cơ điện và máy phát điện cho xe hybrid

Chọn động cơ điện và máy phát điện dùng trên ô tô có sẵn trên thị trường, tham khảo dãy công suất động cơ điện và máy phát điện:

Chọn loại động cơ xoay chiều đồng bộ có roto nam châm vĩnh cửu Kiểu SLTD của hãng YANAN với các thông số kỹ thuật

Hình 4 7: Động cơ điện xoay chiều SLTD

Công suất định mức: Pmdm = 30 kW Momen định mức: Mmdm = 75 N.m Số vòng quay định mức: nmdm = 3770 v/ph Số vòng quay lớn nhất: nmmax = 5000 v/ph Hiệu điện thế: Um = 288 V

Kích thước: 228x230 mm Khối lượng động cơ điện là mm = 49 kg

 Chọn máy phát điện Chọn loại máy phát điện xoay chiều đồng bộ có roto nam châm vĩnh cửu Kiểu ST-15 của hãng MINHONG với các thông số kỹ thuật:

Hình 4 8: Máy phát điện ST-15 Công suất định mức: Pgdm = 15 kW

Momen định mức là: Mgdm = 80 N.m Số vòng quay định mức: ngdm = 1500 – 1800 v/ph

Khối lượng máy phát điện là mg = 40 kg Hiệu điện thế: Ug = 208 – 380 V

4.4.2 Động cơ đốt trong Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt tạo ra năng lượng cơ học bằng cách đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu bên trong buồng cháy động cơ Là một nguồn động lực có thể giúp ô tô hoạt động trên quãng đường dài có hệ thống cung cấp nhiên liệu rộng rãi trên ô tô hybrid, có thể sử dụng động cơ xăng, động cơ diesel, khí hóa lỏng,… Động cơ đốt trong cũng được lựa chọn là động cơ xăng có sẵn trên thị trường, có công suất phù hợp Tham khảo dãy công suất của động cơ và chọn được:

Chọn động cơ xăng Atkinson:

+ Loại động cơ: 2ZR-FXE 1,8L

+ Dung tích xy lanh: 1797cm 3 + Số xylanh và kiểu bố trí: 4 xylanh thẳng hàng

+ Cơ cấu phối khí: 16 xupap, cam kép DOHC với VVT – i, dẫn động xích

+ Đường kính x hành trình (mm): 80,5 x 88,3

+ Công suất cực đại: 73 (kW) (hay 98 HP)/ 5200 (v/ph)

+ Mômen xoắn cực đại: 142 (N.m)/ 4000 (rpm)

+ Khối lượng động cơ: me = 97(kg)

Hình 4 9: Động cơ xăng 2ZR-FXE dùng trên xe Toyota Prius

Các chế độ hoạt động của xe hybrid

Khi bắt đầu với tải thấp, chỉ có MG2 hoạt động để cung cấp công suất Động cơ đốt trong sẽ không hoạt động và ô tô hoạt động chỉ bằng nguồn năng lượng điện MG1 quay theo chiều ngược lại và vừa chạy cầm chừng, nó không tạo ra nguồn điện

Hình 4 17: Chế độ làm việc của xe khi khởi động

4.5.2 Khởi động động cơ khi ô tô đang chạy

Nếu mômen dẫn động yêu cầu tăng lên khi xe chạy chỉ với MG2, MG1 sẽ được kích hoạt để khởi động động cơ Tương tự, nếu có một trong những hạng mục do ECU kiểm soát như tình trạng cân bằng trạng thái nạp SOC (state of charge), nhiệt độ ắc quy, nhiệt độ nước và điều kiện tải điện lệch so với mức tiêu chuẩn, thì MG1 sẽ được kích hoạt để khởi động động cơ (MG1 hoạt động ở chế độ động cơ)

Hình 4 18: Chế độ làm việc khi khởi động MG1

4.5.3 Tăng tốc nhẹ với động cơ

Ở tốc độ trung bình (24 – 64 km/h), động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng, trong khi MG2 hoạt động như động cơ điện cung cấp thêm điện năng hỗ trợ Đồng thời, MG1 quay cùng với động cơ và đóng vai trò là máy phát điện, cung cấp điện năng cho MG2.

4.5.4 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 cấp cho MG2 hoạt động bổ sung công suất đến các bánh xe chủ động

Hình 4 20: Chế độ làm việc khi tăng tốc ổn định

Khi xe được chuyển từ chế độ tải thấp sang chế độ tăng tốc mạnh, hệ thống này sẽ bổ sung điện của ắc quy HV vào lực truyền động của MG2

Hình 4 21: Chế độ làm việc khi tăng tốc tối đa

4.5.6 Tốc độ cao ổn định

Hình 4 22: Chế độ làm việc khi hoạt động ở 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 (MG1 không quay)

Khi tốc độ ôtô cao (>160 km/h) thì MG2 sẽ hoạt động để bổ sung công suất cho động cơ đốt trong, lúc này ắc qui điện cao áp sẽ cung cấp điện cho hoạt động của MG2, MG1 cũng nhận một phần năng lượng điện từ ắc qui điện cao áp và quay ngược chiều với MG2 tạo một tỷ số truyền tăng cho phép ôtô chạy với tốc độ cao

Hình 4 23: Chế độ làm việc ở tốc độ tối đa

4.5.8 Giảm tốc độ và phanh

Ngay sau khi người lái ô tô nhả bàn đạp ga, MG2 trở thành máy phát điện MG2 được quay nhờ các bánh xe chủ động và tạo ra điện năng để sạc cho ắc qui điện cao áp Quá trình này gọi là quá trình phanh tái sinh Khi ô tô chuyển động chậm lại, động cơ sẽ ngừng hoạt động và lúc này MG1 sẽ quay ngược để duy trì tỉ số truyền động

Khi bàn đạp phanh được ấn xuống, hầu hết lực phanh sẽ được tận dụng trong quá trình phanh tái sinh và MG2 trở thành máy phát điện hệ thống phanh thuỷ lực tạo ra lực cản làm cho xe chuyển động chậm lại

Hình 4 24: Chế độ làm việc khi giảm tốc và phanh Tóm lại: Động cơ đốt trong MG1 MG2

Khởi động Khởi động động cơ MG1 Tăng tốc nhẹ với động cơ Tốc độ ổn định

Tăng tốc tối đa Tốc độ cao ổn định Tốc độ tối đa Giảm tốc và phanh Động cơ được hoạt động Động cơ không hoạt động.

GIÁ XE HYBRID SAU CẢI TẠO

Các lực cản chuyển động của xe

Các thông số cơ bản của xe trước khi cải tạo

+ Chiều dài cơ sở của xe: L0 = 2750 (mm) + Chiều dài toàn bộ của xe: L = 4555 (mm) + Bề rộng cơ sở của xe: B0 = 1510 (mm) + Bề rộng toàn bộ của xe: B = 1770 (mm) + Chiều cao toàn bộ của ô tô: H = 1745 (mm) + Trọng lượng xe không tải: M0 = 1530- 1550 (kg) + Trọng lượng xe toàn tải: G = 2170.9,81 = 21287,7 (N) + Bán kính quay vòng: R = 5,4 (m)

+ Số chổ ngồi: 8 chổ + Vành mâm xe: mâm đúc + Loại lốp ô tô có kí hiệu: 205/65 R15

Hình 5.1: Kích thước và hình dạng tổng thể của xe Toyota Innova

Xe sau cải tạo vẫn không thay đổi các thông số về kích thước, chỉ thay đổi về trọng lượng toàn bộ của xe do thay thế động cơ đốt trong cũ bằng động cơ đốt trong có công suất nhỏ hơn, động cơ điện, máy phát điện, ắc qui cao áp

Vậy trọng lượng toàn tải của xe sau cải tạo là: s e m g a

G Gmm m m m m: Khối lượng động cơ đốt trong trước cải tạo và m = 144 kg

Vành mâm bánh xe: mâm đúc

Loại lốp có kí hiệu 205/65 R15 có bề rộng lốp là Bl = 205 (cm), đường kính vành bánh xe d = 15 (inch)

Bán kính thiết kế của lốp được tính theo công thức (II-1) [8] là:

B: bề rộng của lốp d: đường kính vành bánh xe

Trong thực tế khi sử dụng bánh xe sẽ chịu ảnh hưởng của tại trọng tác dụng, áp suất không khí trong lốp, độ đàn hồi của vật liệu lốp và khả năng bám của bánh xe với mặt đường b 0 r  .r (5.2)

: hệ số kể đến biến dạng của lốp Với lốp có áp suất thấp: λ = 0,930 ÷ 0,935 Với lốp có áp suất cao: λ = 0,945 ÷ 0,950 Và lốp bánh xe ô tô Toyota Innova có áp suất thấp nên chọn λ = 0,935 Thay các giá trị vào biểu thức (4.9) được: rb 0,935.395,5370 (mm)

5.1.2 Lực cản chuyển động của xe

Khi xe chuyển động sẽ có các lực cản sau tác động

+ Lực cản không khí + Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định (có gia tốc)

Hình 5.2: Sơ đồ lực và momen tac dụng lên xe chuyển động tăng tốc trên dốc Các kí hiệu trên hình là:

Gs: Trọng lượng toàn bộ của xe sau cải tạo

PK: Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động f 1 f 2

P , P : Lần lượt là lực cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động

Pi: Lực cản lên dốc

Pj: Lực cản quán tính của xe khi chuyển động

Z , Z : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và sau f 1 f 2

M , M : Momen cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động

MK: Momen xoắn ở bánh xe chủ động

Lực cản lăn phát sinh là do có sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường (Lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược với chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường) f f 1 f 2

1 2 f , f : Hệ số cản lăn tương ứng ở bánh xe trước và sau

Z Z : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe ở cầu trước và cầu sau

Nếu coi hệ số cản lăn ở bánh trước và bánh sau như nhau và gọi là hệ số cản lăn nói chung của ô tô f1 = f2 = f ,ta có: f 1 2 s

P (Z Z ).f f G cos (5.5) α: Góc dốc của mặt đường

Và khi ô tô chuyển động trên đường nằm ngang thì α = 0 nên: f s

Hệ số cản lăn có thể được xác định bằng cách thí nghiệm trên đường hoặc trong phòng thí nghiệm

Bảng 5.1: Hệ số cản lăn phụ thuộc vào loại đường

Loại đường Hệ số cản lăn f ứng với v ≤ 22,2 (m/s) (80 km/h) Đường nhựa tốt 0,015 ÷ 0,018 Đường nhựa bê tông 0,012 ÷ 0,015 Đường rải đá 0,023 ÷ 0,030 Đường đất khô 0,025 ÷ 0,035 Đường đất sau khi mưa 0,050 ÷ 0,15 Đường cát 0,10 ÷ 0,30 Đất sau khi cày 0,12

Với điều kiện đường xá ở Việt Nam thì thời gian xe hoạt động đa số là đường nhựa hoặc đường nhựa bê tông không bằng phẳng với hệ số cản lăn được chọn từ bảng là f0 0,012 0,015 và chọn f 0 0,015 Nếu tốc độ của ô tô nhỏ hơn 22,2 (m/s) thì hệ số cản lăn f f 0

Khi tốc độ ô tô vượt quá 80 km/h (22,2 m/s), hệ số cản lăn sẽ tăng đáng kể Để xác định hệ số cản lăn trong điều kiện này, các phương pháp thực nghiệm được sử dụng.

Theo qui định của Cục Đăng kiểm xe cơ giới đường bộ thì các xe thiết kế mới và thiết kế cải tạo phải vượt được đường có độ dốc tối thiểu là 20 % và chọn độ dốc cho xe phải vượt là 20 % Khi đó xác định được: cos 10 0,98

Khi ô tô máy kéo chuyển động trên dốc sẽ chịu tác dụng của thành phần G.sinα song song với mặt đường và thành phần này cản lại sự chuyển động của ô tô khi lên dốc nên được gọi là lực cản lên dốc, được kí hiệu là P như vậy lực P có giá trị: i s

Thay các giá trị vào biểu thức (5.8): i

Trường hợp khi ô tô chuyển động lên dốc thì lực Pi sẽ ngược với chiều chuyển động nên lực Pi trở thành lực cản và lúc này thì Pi có dấu cộng (+) và ngược lại khi ô tô xuống dốc lực Pi sẽ hỗ trợ chuyển động nên khi đó sẽ mang dấu trừ (‒)

Lực cản tổng cộng của đường P  bằng tổng lực cản lăn và lực cản leo dốc

P  P P G f cos sin (5.9) 5.1.2.3 Lực cản không khí P 

Khi ô tô chuyển động sẽ làm thay đổi áp suất không khí trên bề mặt ô tô, làm xuất hiện các dòng xoáy khí ở phần sau của ô tô và gây ra ma sát giữa không khí với bề mặt của chúng và do đó phát sinh lực cản không khí Pω

Trong đó: ρ: Tỷ trọng không khí Với nhiệt độ môi trường khoảng 30 0 C ta có thể chọn được ρ 1,1644(kg / m )3 v : Vận tốc chuyển động (bao gồm vận tốc chuyển động của ô tô và vận tốc của gió nhưng để dễ dàng tính toán ta xem gió đứng yên và chỉ có ô tô chuyển động)

CD: Hệ số cản khí động lực học và xe Toyota Innova có C D  0,38 A: diện tích cản chính diện của ô tô

Và chọn: A  0,81.B.H  0,8.1, 77.1,745  2,5 m  2 5.1.2.4 Lực cản quán tính P j

Khi ô tô chuyển động không ổn định (lúc tăng tốc hoặc giảm tốc) sẽ xuất hiện lực quán tính s j i

Gs: Trọng lượng toàn bộ của ô tô sau cải tạo j: Gia tốc tịnh tiến của ô tô máy kéo

i: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng vận động quay và hệ số δ có thể được xác định theo công thức thực nghiệm:

Các hệ số δ 1 và  2 có giá trị gần đúng là     1 2 0, 05 Vậy:

Để xe chuyển động tiến về phía trước, lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động phải lớn hơn hoặc bằng lực cản chuyển động Nói cách khác, nếu muốn xe di chuyển, lực đẩy do động cơ tạo ra tại các bánh xe phải mạnh hơn hoặc bằng lực cản từ môi trường, bao gồm lực ma sát, lực kéo từ gió và lực ma sát lăn.

Trong thực tế, xe sẽ hoạt động với những điều kiện khác nhau và hoạt động chủ yếu trong 2 trường hợp như:

 Trường hợp 1: Xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang

Xe chuyển động ổn định nên Pj = 0, và chuyển động trên đường nằm ngang α = 0 nên N i = 0

 Trường hợp 2: Xe chuyển động ổn định trên dốc

Xe chuyển động ổn định nên Pj = 0, và chuyển động động trên dốc nên xe chỉ hoạt động ở tốc độ thấp nên không có lực cản gió

Đặc tính xe hybrid chỉ dùng động cơ điện

Khi công suất động cơ điện đạt giá trị số vòng quay định mức thì công suất không tăng nữa và giữ giá trị định mức Lúc này momen động cơ điện sẽ giảm dần và được xác định theo biểu thức: m m m m m

Hình 5.3: Đồ thị đặc tính momen và công suất của động cơ điện

5.2.2 Đặc tính lực kéo khi chỉ dùng nguồn công suất của động cơ điện

Khi chỉ dùng nguồn cống suất động cơ điện ta có: m b m gt o m gt o t Km b

PKm: Lực kéo ở bánh xe chủ động

Mm: Momen xoắn của động cơ điện it: Tỷ số truyền từ động cơ điện đến bánh xe chủ động i : Tỷ số truyền của bánh răng giảm tốc gt

Số vòng quay (v/ph) Đặc tính momen và công suất motor

Công suất động cơ điện

80 io: Tỷ số truyền của cầu chủ động

t: Hiệu suất truyền động từ động cơ đến bánh xe chủ động rb: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe chủ động

Khi xe chuyển động với vận tốc lớn nhất nghĩa là khí đó xe chạy với công suất lớn nhất và chuyển động trên đường nằm ngang ( 0), không có gia tốc (j = 0), có phương trình cân bằng công suất như sau: max 3 m 0 s max max D t v

t: Hiệu suất của hệ thống truyền lực Thông thường giá trị này được xác định bằng thực nghiệm

Bảng 5.1: Hiệu suất hệ thống truyền lực vào loại xe

Loại xe Giá trị trung bình của ηt Ô tô du lịch 0,93 Ô tô tải với lực truyền chính một cấp 0,89 Ô tô tải với lực truyền chính hai cấp 0,85

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực, ưu tiên đảm bảo tỉ số truyền cho nguồn công suất động cơ điện hoạt động ở tốc độ thấp hơn sao với khi sử dụng động cơ đốt trong Như vậy tỉ số truyền của bánh răng giảm tốc được xác định: b m gt o

Trong đó: rb: Bán kính bánh xe nm: Số vòng quay của động cơ điện igt: tỉ số truyền của bánh răng giảm tốc io: Tỉ số truyền của cầu chủ động Ở đây sử dụng lại cầu chủ động của xe Toyota Innova và có giá trị là i o 4,3

Tỉ số truyền của bánh răng giảm tốc là: b m gt o max

Tốc độ tối thiểu để xe ô tô chuyển động ổn định là vmin = 1,39 m/s Để xe đạt được tốc độ này, số vòng quay nhỏ nhất của động cơ phải là:

Hình 5.4: Đồ thị lực kéo của động cơ điện

Như vậy lực kéo của động cơ điện có giá trị ở vận tốc thấp nên dùng để giúp xe khởi động ban đầu Và khi lực kéo của động cơ điện giảm xuống thì bắt đầu khởi động động cơ đốt trong để đạt được hiểu quả tốt.

Đặc tính xe hybrid chỉ dùng động cơ

Khi chỉ dùng động cơ đốt trong quá trình chuyển động của xe: e1 b 32 gt hn o e1 32 gt o K b

Trong đó: ne1: Số vòng quay của động có đốt trong sau khi cải tạo i32: Tỷ số truyền từ các bánh răng hành tinh đến bánh răng bao

Vận tốc ô tô (m/s) Đặc tính lực kéo động cơ điện

Lực kéo igt: Tỷ số truyền của bánh răng giảm tốc ihn: Tỷ số truyền của hộp số, với n 1 5 Sử dụng lại hộp số cảu xe Toyota Innova

Và có: i h1 3,928; i h 2 2,142; i h3 1,397; i h4 1; i h5 0,851 io: Tỷ số truyền của cầu chủ động

Me1: Momen của động cơ đốt trong sau khi cải tạo

: Hiệu suất của hệ thống truyền lực

5.3.1 Xây dựng đồ thị đặc tính động cơ đốt trong Đặc tính tốc độ ngòai động cơ đốt trong thường nhận được nhờ thực nghiệm Tuy vậy, khi không có đặc tính thực nghiệm thì có thể dùng đặc tính gần đúng theo công thức thực nghiệm S.R.Lây Đécman:

Ne: Công suất có ích của động cơ ne: Số vòng quay của động cơ ứng với công suất có ích

Nemax: Công suất có ích cực đại nN: Số vòng quay ứng với công suất có ích cực đại a,b,c: hệ số thực nghiệm

Khi số vòng quay trục khuỷu tăng vượt ngưỡng nN1, công suất động cơ giảm do quá trình nạp nhiên liệu kém và ma sát tăng Ngoài ra, tải trọng động cũng gia tăng, làm hao mòn các chi tiết động cơ nhanh hơn Do đó, đối với ô tô du lịch, số vòng quay trục khuỷu tối ưu nên nằm trong phạm vi 10-20% giá trị nN Dựa trên tiêu chuẩn này, số vòng quay cực đại được xác định là 5720 vòng/phút (5.25) Hệ số a, b, c được thiết lập dựa trên các điều kiện công suất và mô-men xoắn cực đại.

Momen xoắn của động cơ được xác định theo biểu thức:

Bảng 5.2: Giá trị của cong suất và momen theo số vòng quay ne N e M e

Hình 5.5: Đồ thị đặc tính ngoài động cơ đốt trong

5.3.2 Đặc tính lực kéo khi chỉ dùng nguồn công suất của động cơ đốt trong

Từ biểu thức (5.22) xác định được lực kéo và vận tốc của xe Vận tốc lớn nhất của xe được xác định từ biểu thức: max 3 v 0 s max max D t v

Với Nv là công suất của xe ở số vòng quay cực đại

Thay các giá trị vào biểu thức

Suy ra: v max 40,56 m / s Xác định tỉ số truyền từ trục bánh răng hành tinh đến trục bánh răng bao e max b 32 max gt h 5 o

Bảng 5.3: Lực kéo của xe ở từng vận tốc ih13,928 i h 2 2,142 i h3 1,397 i h 4 1 i h5 0,851 v1 P K1 v 1 P K2 v 3 P K3 v 4 P K4 v 5 P K5

Bảng 5.4: Giá trị lực cản lăn và lực cản gió theo vận tốc v 5 10 15 22.2 25 30 35 40.56

Hình 5.6: Đồ thị cân bằng lực kéo

Đặc tính xe hybrid khi kết hợp hai nguồn công suất

Khi kết hợp hai nguồn công suất thì lúc đó trục bánh răng bao sẽ chịu tác động hai nguồn công suất khác nhau Áp dụng phương pháp dừng cần (phương pháp Willis), ta xác định được số vòng quay của trục bánh răng bao

N 2 : Số vòng quay của trục bánh răng bao khi kết hợp hai nguồn công suất

N 3 : Số vòng quay của trục dẫn bánh răng hành tinh

Số vòng quay của trục khi kết hợp là:

Momen tổng hợp truyền đến trục của bánh răng bao sẽ là:

MKH: Momen trục bánh răng bao khi chịu 2 nguồn cong suất khác nhau Mm: Momen của động cơ điện tác dụng lên trục bánh răng bao

Me: Momen của động cơ đốt trong ihn: Tỷ số truyền của hộp số, n 1 5 Lực kéo ở bánh xe chủ động được xác định:

KH gt o t KH b b KH gt o hn

Bảng 5.5: Giá trị lực kéo và vận tốc v1 P KH1 v 2 P KH2 v 3 P KH3 v 4 P KH4 v 5 P KH5 2,95 2508 5,41 1946 8,29 1712 11,59 1587 13,62 1540 3,93 4567 7,21 3069 11,06 2444 15,45 2111 18,16 1986 4,92 6163 9,02 3939 13,82 3012 19,31 2518 22,69 2332 5,9 7450 10,82 4641 16,59 3470 23,18 2845 27,23 2611 6,88 8273 12,62 5090 19,35 3762 27,04 3055 31,77 2789 7,56 8582 13,87 5259 21,27 3872 29,71 3134 34,91 2856 8,85 8370 16,23 5117 24,88 3760 34,76 3036 40,85 2765 9,83 7979 18,03 4842 27,65 3534 38,63 2837 45,39 2575 10,82 6995 19,84 4256 30,41 3114 42,49 2506 49,93 2277

Hình 5.7: Đồ thị cân bằng lực kéo khi sử dụng 2 nguồn công suất

Qua bảng số liệu và đồ thị nhận được vận tốc lớn nhất của xe sau khi cải tạo đạt được là V max = 50,8 m/s khi sử dụng hoàn toàn công suất của động cơ đốt trong và động cơ điện Nhưng trong quá trình sử dụng thì nguồn công suất của động cơ đốt trong còn dùng để kéo máy phát điện để nạp điện cho ắc qui cao áp và hoạt động động cơ điện, lúc đó vận tốc của xe sẽ giảm xuống (vận tốc cực đại của xe trước cải tạo là vmax 48, 61 m / s theo số liệu của hãng Toyota)

Trong thực tế có nhiều loại ô tô của nhiều hãng khác nhau, để thuận lợi trong việc đánh giá thì cần có thông số đặc trưng tính chất động học của ô tô mà các chỉ số về kết cấu không có mặt trong thông số đó và thông số đó gọi là nhân tố động lực học ô tô.Nhân tố động lực học ô tô là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến PK từ đi lực cản của không khí và chia cho trọng lượng toàn bộ của ô tô Tỷ số này ký hiệu là chữ “D”

Bảng 5.6: Giá trị nhân tố động học D v1 P KH1 P  D 1 v 2 P KH2 P  2 D 2

Qua bảng số liệu thu được giá trị nhân tố động lực học lớn nhất D max D 1 0.7 tương ứng với sức cản của mặt đường lớn nhất ở số truyền thấp nhất là số 1 Thể hiện khả năng xe thắng lực cản và khả năng tăng tốc Độ dốc lớn nhất là: max max i D f (5.31)

Dmax: nhân tố động lực học của xe f : Hệ số cản lăn của xe

Suy ra: imax 0, 71 0,015 0, 685 Vậy góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua là: max max tg D i 0, 685

Suy ra góc dốc lớn nhất là:  max 34 0 với vận tốc v1 = 7,56 m/s Khả năng tăng tốc của xe:

: Hệ số cản tổng cộng của đường và   f i

Dấu " " khi ô tô chuyển động lên dốc, và ngược lại dấu " " khi ô tô chuyển động xuống dốc

Khi ô tô chuyển động trên đường nằm ngang (nghĩa là α = 0) lúc đó  f và công thức được viết lại:

Trong đó: n: Chỉ tương ứng số truyền đang tính n = 1 ÷ 5

D: Nhân tố động học khi ô tô đầy tải g : Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s 2 ) f : Hệ số cản lăn

in: Hệ số kể đến ảnh hưởng của khối lượng

Tốc ở từng vận tốc ở mỗi cấp số truyền

Từ biểu thức (5.14) xác đinh được ảnh hưởng của các khối lượng quay

Bảng 5.7: Giá trị hệ số ảnh hưởng của khối lượng quay

Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Số 5 ihn 3,928 2,142 1,397 1 0,851

in 18,215 12,794 11,476 1,1 10,862 Bảng 5.8: Giá trị gia tốc v1 D 1 j 1 v 2 D 2 j 2 v 3 D 3 j 3

2,95 0,17 0,835 5,41 0,12 0,805 8,29 0,09 0,404 3,93 0,35 1,804 7,21 0,22 1,572 11,06 0,16 0,781 4,92 0,49 2,558 9,02 0,29 2,109 13,82 0,21 1,050 5,9 0,61 3,204 10,82 0,35 2,569 16,59 0,24 1,212 6,88 0,68 3,581 12,62 0,39 2,875 19,35 0,27 1,373 7,56 0,71 3,743 13,87 0,4 2,952 21,27 0,27 2,141 8,85 0,69 3,635 16,23 0,39 2,875 24,88 0,26 2,041 9,83 0,66 3,474 18,03 0,37 2,722 27,65 0,24 1,858 10,82 0,58 3,043 19,84 0,33 2,415 30,41 0,21 1,588 v4 D 4 j 4 v 5 D 5 j 5 11,59 0,08 0,5797 13,62 0,08 0,587 15,45 0,13 1,0256 18,16 0,11 0,858 19,31 0,16 1,2931 22,69 0,14 1,082 23,18 0,18 1,4236 27,23 0,15 1,152 27,04 0,19 1,4955 31,77 0,16 1,218 29,71 0,19 1,4820 34,91 0,15 1,109 34,76 0,18 1,3637 40,85 0,14 0,978 38,63 0,16 1,1601 45,39 0,12 0,762 42,49 0,13 0,8646 49,93 0,1 0,543 Từ bảng ta nhận được j max 3, 689 (m / s ) 2 tại vị trí số truyền số 1 vân tốc v17,56 m / s.

LUẬN

Kết luận mức độ đạt yêu cầu của xe hybrid sau cải tạo

 Trình bày được một số thông số cơ bản của Toyota Prius, Toyota Innova

 Nêu được các ưu và khuyết điểm của các hệ thống truyền động được sử dụng cho xe hybrid và chọn được hệ thống thích hợp với các ưu điểm của hệ thống hỗn hợp

 Tính toán được khả năng thắng lực cản của xe, khả năng tăng tốc, độ dốc cực đại mà xe có thể vượt qua.

Hướng phát triển đề tài

 Tính toán và thiết kế hệ thống phanh tái sinh cho xe hybrid

 Tính toán hệ thống điện và điện tử cho xe hybrid

 Tính toán khả năng động lực học của xe với nhiều phương pháp lựa chọn động cơ điện và động cơ đốt trong.