Bài tiểu luận học phần kết cấu Động cơ Đốt trong nghiên cứu công nghệ hybrid trên ô tô

Chứ không thể sử dụng ôtô hybrid thayhẳn các loại ôtô khác vì khả năng hoạt động trong các điều kiện khác nhau và tínhcông nghệ còn nhiều hạn chế, trong đó cái khó nhất của vấn đề này là

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2023

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ HYBRID 3

1.1 Khái quát công nghệ hybrid trong xe hơi 3

1.1.1 Khái niệm chung 3

1.1.2 Xu hướng phát triển của xe hybrid 6

1.1.3 Ôtô hybrid 7

1.2 Tìm hiểu một số dạng dẫn động hybrid 8

1.2.1 Hệ thống hybrid nối tiếp 8

1.2.1.1 Khái niệm 9

1.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 10

1.2.1.3 Các chiến lược điều khiển 13

1.2.1.4 Ưu nhược điểm của hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp 17

1.2.2 Hệ dẫn động hybrid song song 17

1.2.2.1 Khái quát về dạng hybrid song song 17

1.2.2.2 Các chiến lược điều khiển của hệ dẫn động hybrid song song 19

1.2.2.3 Ưu nhược điểm hệ dẫn động song song 23

1.2.3 Hệ dẫn động hybrid hỗn hợp song song – nối tiếp 23

1.2.3.1 Hình dáng hệ truyền động với bộ bánh răng hành tinh 23

1.2.3.2 Nhưng dạng hoạt động 25

1.2.3.3 Chiến lược điều khiển 29

1.2.4 Hệ dẫn động hybrid với mô-tơ có stato động 30

1.2.5 Hệ dẫn động hybrid song song một trục 32

1.2.5.1 Cấu tạo 33

1.2.5.2 Hoạt động và chiến lược điều khiển 34

CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ B38 TOP 36

2.1 Thông số thiết kế động cơ 36

2.2 Thông số kỹ thuật 38

2.3 Những thay đổi so với động cơ B38 trước 39

2.3.1 Tính cơ học của động cơ 39

2.3.2 Hệ thống cung cấp dầu 40

2.3.3 Dây đai dẫn động 40

2.3.4 Hệ thống nạp và xả 40

2.4 Dây đai dẫn động 41

2.4.1 Bộ căng đai con lắc 43

2.4.2 Bộ giảm chấn rung tích hợp với puly ngắt kết nối 46

2.5 Hệ thống nạp và hệ thống khí thải 48

2.5.1 Hệ thống nạp 48

2.5.2 Hệ thống khí thải 53

2.6 Hệ thống phun nhiên liệu 55

2.6.1 Bộ phận các phun nhiên liệu 55

2.6.2 Các bộ phận cung cấp nhiên liệu 57

2.6.3 Thùng xăng 60

2.7 Mạch làm mát nhiệt độ cao 65

2.7.1 Tổng quan hệ thống 66

2.7.2 Các bộ phận của hệ thống làm một 71

2.7.3 Hướng dẫn sửa chữa 76

2.8 Mạch làm mát nhiệt độ thấp 78

2.9 Vỏ cách âm 81

2.10 Lưu ý bảo dưỡng 81

CHƯƠNG 3: HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 84

3.1 Cấu tạo 84

3.2 Thông số thiết kế 87

3.3 Tỷ số truyền 90

3.4 Điều khiển chuyển số 91

3.5 Cơ cấu chấp hành chuyển số 92

3.6 Hệ thống cung cấp dầu hộp số 96

3.6.1 Bơm dầu dẫn động bằng điện 98

3.6.2 Két làm mát nhớt 100

3.7 Lưu ý bảo dưỡng 100

CHƯƠNG 4: MÔ TƠ DẪN ĐỘNG 102

4.1 Giới thiệu 102

4.2 Mô tơ dẫn động 103

4.3 Hộp số 2 cấp 107

4.3.1 Thông số thiết kế 108

4.3.2 Chức năng 110

CHƯƠNG 5: TRỤC TRUYỀN LỰC 119

5.1 Cầu trước 119

5.2 Cầu sau 120

CHƯƠNG 6: CHIẾN THUẬT ĐIỀU KHIỂN 121

6.1 Giới thiệu 121

6.2 Tổng quan 123

6.3 Chế độ chạy 124

6.3.1 Chế dộ COMFORT 124

6.3.2 Chế độ ECO PRO 128

6.3.3 Chế độ SPORT 130

6.4 Chế độ chạy 134

6.5 Chiến lược lái xe và phục hồi năng lượng 138

TÀI LIỆU THAM KHẢO 144

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ hybrid trên ôtô đã trở thành một xu hướng phổ biến trong ngànhcông nghiệp ôtô hiện nay Đây là một công nghệ kết hợp giữa động cơ đốt trong vàđộng cơ điện, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu

Một hệ thống hybrid thông thường bao gồm một động cơ đốt trong, mộtđộng cơ điện và một hệ thống pin Động cơ đốt trong thường là động cơ xăng hoặcdiesel, trong khi động cơ điện sử dụng pin để lưu trữ năng lượng Hệ thống hybrid

có thể hoạt động theo hai chế độ: chế độ chỉ sử dụng động cơ đốt trong, chế độ chỉ

sử dụng động cơ điện hoặc chế độ kết hợp cả hai động cơ

Một trong những lợi ích chính của công nghệ hybrid là tiết kiệm nhiên liệu.Khi xe di chuyển ở tốc độ thấp hoặc dừng đèn đỏ, hệ thống hybrid có thể chuyểnsang sử dụng động cơ điện, giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải Điều này đặc biệthữu ích trong điều kiện giao thông đô thị tắc nghẽn Ngoài ra, hệ thống hybrid cũng

có khả năng tái tạo năng lượng từ phanh hồi, giúp tăng thêm hiệu suất tiết kiệmnhiên liệu

Hệ thống hybrid cũng giúp giảm khí thải gây ô nhiễm môi trường Khi sửdụng động cơ điện, xe không phát thải khí CO2, khí thải gây hiệu ứng nhà kínhchính Điều này đóng góp vào việc giảm tác động của ôtô lên biến đổi khí hậu.Ngoài ra, công nghệ hybrid còn mang lại trải nghiệm lái xe êm ái và yên tĩnhhơn Động cơ điện hoạt động một cách trơn tru và không gây tiếng ồn như động cơđốt trong Điều này tạo ra một môi trường lái xe thoải mái hơn, đặc biệt khi dichuyển trong thành phố

Tuy nhiên, công nghệ hybrid cũng có một số hạn chế Hệ thống hybridthường có giá thành cao hơn so với xe chỉ sử dụng động cơ đốt trong truyền thống.Ngoài ra, hệ thống hybrid cũng có trọng lượng lớn hơn, ảnh hưởng đến khả năngvận hành và không gian lưu trữ trong xe

1

Tuy nhiên, với sự tiến bộ trong công nghệ, các nhà sản xuất ôtô đang nỗ lực

để giảm giá thành và cải thiện hiệu suất của hệ thống hybrid Công nghệ này đangtrở thành một phương án hấp dẫn cho việc tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môitrường

2

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ HYBRID

1.1 Khái quát công nghệ hybrid trong xe hơi

1.1.1 Khái niệm chung

Hybrid trong tiếng Latin có nghĩa là “lai”, ôtô hybrid (Hybrid ElectricVehiclé-HEVs) là ôtô sử dụng động cơ tổ hợp gồm hai động cơ cung cấp động lựccho xe hoạt động Cơ cấu phổ biến nhất là 1 động cơ điện kết hợp với 1 động cơđốt trong

Động cơ đốt trong với nhiên liệu là xăng hoặc diesel như thông thường, cònđộng cơ điện hoạt động nhờ dòng điện tái tạo từ động cơ đốt trong hoặc từ nguồnpin trên xe Một bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện,khi nào thì dùng động cơ đốt trong hoặc cả hai cùng lúc, nó cũng tính toán sự vâ Šnhành để tận dụng nguồn năng lượng dư thừa để nạp vào pin

Ngoài động cơ “lai” như trên thì các hệ thống khác trên xe hybrid hầu nhưkhông có gì thay đổi so với một chiếc xe thông thường

Như trên hình 1.2 ta có thể thấy ĐCĐT làm việc tối ưu trong một vùng tươngđối hẹp: ở tốc độ khoảng 2600v/ph tới 3400v/ph với suất tiêu hao nhiên liệukhoảng 255 (g/kWh) Còn như thể hiện trên hình 1.1 có thể thấy rằng đặc tính củaĐCĐT khác biệt khá xa so với đặc tính lý tưởng do vậy cần phải dung hộp số đacấp hay hộp số tự động để có đặc tính tốt hơn như thể hiện trên hình1.3 Điều nàylàm tăng kích thước, khối lượng và giá thành của hộp số

3

Hình 1 1 Đặc tính lực kéo - tốc độ với công suất yêu

cầu của động cơ xăng

Hình 1 2 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của một động cơ xăng

Hình 1 3 Đặc tính lực kéo – tốc độ với hộp số tự động của một xe

Còn với mô-tơ điện, đặc tính được thể hiện trên hình 1.4 Có thể thấy rằngmô-tơ điện có đặc tính gần sát với đặc tính lý tưởng Thông thường mô-tơ điệnkhởi động từ tốc độ bằng 0 Khi tăng tới tốc độ cơ sở của nó, điện áp tăng theotrong khi dòng không đổi Khi tốc độ cao hơn tốc độ cơ bản thì điện áp không đổicòn dòng thì yếu đi Kết quả này cho công suất đầu ra không đổi trong khi mô- men

4

Hình 1 4 Đặc tính của một mô – tơ điện

Hình 1 5 Lực kéo của xe có động cơ xăng với hộp số 4 cấp và

mô-tơ điện với hệ dẫn động 1 cấp

giảm theo đường hyperbol theo tốc độ Do đó một hệ dẫn động đơn cấp hay hai cấp

có thể sử dụng để thỏa mãn lực kéo yêu cầu của xe

5

Hình 1.5 cho thấy sự so sánh cụ thể của một mô-tơ điện và một ĐCĐT Để

có đặc tính sát với lý tưởng thì ĐCĐT cần hộp số 4 cấp còn mô-tơ điện chỉ cần hộp

số 1 cấp Ngoài vai trò giúp cho ĐCĐT có thể hoạt động ở vùng tối ưu mô-tơ điệntrong xe hybrid có một vai trò quan trọng thứ hai là nó có thể thu hồi lại năng lượng(động năng) cho xe để nạp lại vào ắc quy trong quá trình xe giảm tốc hay phanh,chức năng “phanh tái sinh” Khi kết hợp hai nguồn động lực như vậy kết quả đầu ra

sẽ cho đặc tính như thể hiện trên hình 1.6:

1.1.2 Xu hướng phát triển của xe hybrid

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nóichung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe,nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức

ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu Điều đó càng cấp thiếtkhi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mànguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể

6

Hình 1 6 Đặc tính lực kéo, cản – tốc độ của xe trên đường dốc

Các xe chạy bằng Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngậptrên thị trường gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệsinh thái thay đổi Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ônhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tônói riêng và mọi người nói chung.

Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhànghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công bố trongnhững năm gần đây như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loạinhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol,biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, xe hybrid (xe lai), … Trong sốnhững giải pháp công nghệ trên thì xe sử dụng công nghệ hybrid đang được ứngdụng ngày càng phổ biến và cho hiệu quả cao

1.1.3 Ôtô hybrid

Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn đượcnghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môitrường Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyênmới của những chiếc ôtô, đó là ôtô hạn chế tối đa việc gây ô nhiễm môi trường,giảm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu hay còn gọi là ôtô “sinh thái” mà vẫn sử dụngĐCĐT, loại động cơ chưa thể thay thế trong nhiều năm tới

7

Hình 1 7 Mô hình một xe hybrid.

Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâmnghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thếgiới Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiềungười tiêu dùng sử dụng loại ôtô này Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô chạybằng năng lượng mặt trời mặt trời cho đến nay đều tồn tại một số nhược điểmnhất định, chưa dễ thực hiện với thực trạng như đất nước ta Trong bối cảnh đó thìôtô hybrid (nhiệt - điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện được coi là phù hợpnhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ôtô “sạch”, nhằm đáp ứng yêu cầukhắt khe về môi trường đô thị và nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch.Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid hoạt động trongphạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại đường dàihàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng Chứ không thể sử dụng ôtô hybrid thayhẳn các loại ôtô khác vì khả năng hoạt động trong các điều kiện khác nhau và tínhcông nghệ còn nhiều hạn chế, trong đó cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dựtrữ năng lượng điện để cấp cho mô-tơ điện, vì nếu dùng loại ắc quy thông thườngthì số lượng bình rất nhiều, kích thước và khối lượng rất lớn

Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này chúng em chỉ tìm hiểu nghiên cứu dòngôtô hybrid (nhiệt-điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện là loại ôtô hybrid thôngdụng nhất hiện nay

1.2 Tìm hiểu một số dạng dẫn động hybrid

1.2

8

1.2.1 Hệ thống hybrid nối tiếp

1.2.1.1 Khái niệm

Hệ thống dẫn động

hybrid nối tiếp (Series hybrid

electric drive train) là hệ

thống dẫn động cho xe

hybrid trong đó xe chỉ được

kéo bởi mô-tơ điện Mô-tơ

điện này được cung cấp năng

lượng từ hai nguồn là: Ắc

quy và máy phát điện được

dẫn động bởi ĐCĐT Hệ

thống dẫn động nối tiếp đơn giản nhất như hình 1.8

Bánh xe được kéo bởi một mô tơ điện Mô-tơ điện lấy năng lượng từ nguồnắcqui hoặc máy phát được dẫn động bởi ĐCĐT Cụm ĐCĐT/máyphát(ĐCĐT/MP) có nhiệm vụ giúp ắc quy bổ sung năng lượng cho mô-tơ kéo khicông suất tải yêu cầu lớn hoặc nạp cho ắc quy khi công suất tải yêu cầu nhỏ vàdung lượng ắc quy thấp

Bộ điều khiển mô-tơ để điều khiển mô-tơ kéo sinh ra năng lượng phù hợpvới yêu cầu của xe

Sự hoạt động của xe (gia tốc, khả năng leo dốc, tốc độ lớn nhất) được quyếtđịnh hoàn toàn bởi kích thước và đặc tính của mô-tơ kéo dẫn động Với sơ đồ kết

9

Hình 1 8 Sơ đồ một hệ dẫn động hybrid nối tiếp

Hình 1 9 Đặc tính tốc độ - mômen và công suất – mômen của một mô-tơ điện

nối như vậy thì đặc tính của xe hybrid có dạng như ví dụ của một mô-tơ điện thểhiện trên hình 1.3

cơ khí của ĐCĐT với trục bánh xe nhằm để ĐCĐT có thể làm việc ở vùng tối ưu

và đặc tính của ĐCĐT được thay bằng đặc tính của mô-tơ điện Tuy nhiên, nó phụ

10

thuộc nhiều vào các chế độ làm việc của động cơ và điều khiển chiến lược của hệdẫn động.

Hình 1.10: Đặc tính ĐCĐT và các vùng hoạt động

a) Chế độ kéo hỗn hợp

Khi cần yêu cầu một công suất lớn (khi lái xe đạp sâu chân ga) lúc này nănglượng của cả cụm ĐCĐT/MP và nguồn năng lượng từ ắc quy cùng cấp năng lượngcho mô-tơ điện hoạt động Trong trường hợp này, động cơ đốt trong sẽ được điềukhiển để làm việc ở vùng tối ưu của nó Nguồn năng lượng từ ắc quy cung cấpcông suất thêm để đáp ứng công suất kéo yêu cầu Dạng hoạt động nàycó thể đượcbiểu diễn như sau:

Pyc = Pđcđt/mp + Paq(PPS) (1.1)

Ở đó, P là công suất yêu cầu bởi người lái (đạp chân ga)yc

11

Pđcđt/mp là công suất của cụm ĐCĐT/MP

Paq là công suất nguồn ắc quy

b) Chế độ chỉ có nguồn năng lượng của ắc quy cung cấp cho mô-tơ điện.

Trong trường hợp này, chỉ có nguồn ắc quy cung cấp công suất của nó đểđáp ứng với công suất yêu cầu, thường là trong giai đoạn khởi động và gia tốc từkhởi động tới khi xe đạt tới tốc độ cơ bản

Pyc = Pđcđt/mp(1.3)

d) Chế độ ắc quy nạp năng lượng cho ắc quy từ cụm ĐCĐT/MP

Khi năng lượng của ắc quy giảm xuống dưới một mức qui định nào đó thì ắcquy phải được nạp Ắc quy có thể được nạp từ máy phát hay quá trình phanh táisinh (regenerative braking) Thường thì máy phát nạp khi phanh tái sinh nạpkhông

đủ Trong trường hợp này, công suất của động cơ đốt trong được chia làm hai phần:một để kéo xe, phần còn lại để dẫn động máy phát nạp điện cho ắc quy

Pyc = Pđc/mp – P (1.4)aq

12

Dạng hoạt động này chỉ có hiệu quả khi năng lượng của cụm ĐCĐT/MP sinh ra lớnhơn công suất tải yêu cầu.

e) Chế độ phanh tái sinh

Khi xe phanh, mô-tơ kéo có chức năng như một máy phát điện, biến đổi phầnđộng năng của xe thành năng lượng điện để nạp cho ắc quy

Như trình bày trong hình1.8, bộ điều khiển xe điều khiển hoạt động của mỗi

bộ phận thùy theo công suất kéo yêu cầu từ người lái, tín hiệu phản hồi từ mỗi bộphận, và điều khiển chiến lược cài đặt trước của hệ thống dẫn động Những bộ phậnđược điều khiển để phù hợp với công suất yêu cầu của người lái xe, hoạt động củamỗi bộ phận với hiệu suất tối ưu, thu lại năng lượng phanh càng nhiều càng tốt, duytrì trạng thái nạp cho ắc quy

1.2.1.3 Các chiến lược điều khiển.

Đây là quy tắc điều khiển được cài đặt trước trong bộ điều khiển xe, nó ralệnh hoạt động cho mỗi bộ phận Bộ điều khiển xe nhận những lệnh hoạt động từlái xe và tín hiệu phản hồi từ hệ thống dẫn động (HTDĐ) cùng tất cả các bộ phậnsau đó đưa ra các quyết định để sử dụng dạng hoạt động phù hợp Tất nhiên, đặctính của HTDĐ phụ thuộc chủ yếu chất lượng điều khiển, trong đó điều khiển chiếnlược giữ vai trò quyết định

13

Hình 1 11 Các điểm làm việc trong hoạt động của xe hybrid nối tiếp.

Trong thực tế, đó là một dải của bộ chiến lược điều khiển mà có thể được sửdụng trong những chiếc xe với các yêu cầu nhiệm vụ khác nhau Ở đây chỉ xét đếnhai kiểu chiến lược điều khiển đặc trưng của động cơ: Trạng thái nạp lớn nhất cho

ắc quy và điều khiển đóng ngắt động cơ đốt trong

Trong đó:

A – Dạng kéo kết hợp

Pyc – Công suất yêu cầu

Paq – Công suất ắc quy

Pđc/mp – Công suất cụm động cơ/máy phát

B – Dạng chỉ có ĐCĐT kéo hoặc dạng nạp ắc quy

Pn-aq – Công suất nạp cho ắc quy

C – Dạng phanh kết hợp

Pph,ts – Công suất phanh tái sinh

Pph,ck – Công suất phanh cơ khí

D – Dạng phanh tái sinh

14

a) Chiến lược điều khiển trạng thái nạp lớn nhất cho ắc quy.

Mục đích của điều khiển là thỏa mãn công suất yêu cầu được yêu cầu bởi lái

xe đồng thời duy trì trạng thái nạp cho ắc quy ở một mức cao nhất Chiến lược điềukhiển này được tính toán để phù hợp thiết kế cho các xe hoạt động chủ yếu dựa vàonguồn năng lượng của ắc quy Một trạng thái nạp ở mức độ cao sẽ đảm bảo sự hoạtđộng cao của xe ở mọi thời điểm Chiến lược điều khiển tình trạng nạp lớn nhất cho

ắc quy được mô tả như hình 1.11

Các điểm A, B, C, D thể hiện công suất yêu cầu mà điều khiển chiến lượcyêu cầu trong chế độ kéo hay phanh Điểm A cho thấy yêu cầu công suất kéo lớnhơn công suất mà cụm ĐCĐT/MP sinh ra Trong trường hợp này, nguồn nănglượng của ắc quy phải đưa ra năng lượng của nó bù đắp cho năng lượng thiếu hụtcủa ĐCĐT/MP Điểm B cho thấy năng lượng được yêu cầu nhỏ hơn năng lượngĐCĐT/MP sinh ra khi nó làm việc trong vùng làm việc tối ưu của nó Trong trườnghợp này, hai dạng năng lượng được sử dụng phụ thuộc vào chế độ nạp ắc quy Nếunhư độ sụt năng lượng của ắc quy thấp hơn mức của nó thì ắc quy được nạp tức làĐCĐT vừa kéo xe vừa nạp Mặt khác nếu ắc qui đã được nạp đầy thì động cơ chỉkéo máy phát và được điều chỉnh để công sất sinh ra bằng công suất yêu cầu còn ắcquy làm việc ở chế độ chờ Điểm C mô tả công suất phanh cần theo yêu cầu từngười lái lớn hơn công suất phanh mà mô-tơ điện sinh ra (nănglượng phanh tái sinhlớn nhất) Trong trường hợp này, dạng phanh hỗn hợp được sử dụng và mô-tơ điệnsinh ra năng lượng phanh lớn nhất của nó và phanh cơ khí bù đắp phần công suấtcần thiết còn lại Điểm D mô tả công suất phanh cần thiết nhỏ hơn công suất phanhlớn nhất mà mô-tơ điện sinh ra, trong trường hợp này chỉ có phanh tái sinh làmviệc Sơ đồ điều khiển logic minh họa ở hình 1.12

b) Chiến lược điều khiển đóng - ngắt ĐCĐT.

15

Hình 1 12 Sơ đồ điều khiển logic hoạt động của xe hybrid nối tiếp

Chiến lược điều khiển ở chế độ nạp lớn nhất của ắc quy chú trọng đến trạngthái nạp cho ắc quy ở mức cao Tuy nhiên, trong một vài điều kiện lái như thời gian

kéo dài với tải trọng thấp như khi lái xe trên đường cao tốc Tốc độ vòng quaylớn, ổn định thì ắc quy có thể dễ dàng được nạp đầy và cụmĐCĐT/MP buộc phảilàm việc với một năng lượng sinh ra nhỏ hơn trong điều kiện làm việc tối ưu của

nó Hơn nữa, hiệu suất của hệ dẫn động bị giảm Trong trường hợp này, ĐCĐTđược đóng-ngắt hoặc điều khiển nhiệt phải phù hợp Chiến lược điều khiển nàyđược minh họa ở hình 1.13

Hoạt động của cụm ĐCĐT/MP được điều khiển hoàn toàn bởi tình trạng nạpcủa ắc quy Khi tình trạng nạp của ắc quy trong phạm vi trên mức cần phải nạp thìĐCĐT ngừng hoạt động, khi tình trạng nạp của ắc quy ở mức cần nạp thì ĐCĐTđược bật cho hoạt động Ắc quy được nạp năng lượng từ cụm ĐCĐT/MP.Với cáchnày, động cơ không phải lúc nào cũng được làm việc trong vùng tối ưu của nó

16

Hình 1 13 Minh họa về điều khiển đóng - ngắt động cơ

2 Sự ngắt kết nối giữa động cơ và bánh xe còn cho phép động cơ có thể hoạt động

ở vùng tốc độ cao

3 Khả năng gia tốc tốt khi không có quán tính của hệ dẫn động cơ khí, bánh đà,tuốc bin…

18

4 Không cần nhiều bánh răng dẫn động nên cấu tạo đơn giản hơn và giá thành cóthể giảm.

5 Có thể thay thế bộ vi sai bằng các mô-tơ điện nên có thể nghiên cứu cho hệ dẫnđộng lái 4 bánh và không cần cần điều khiển làm phức tạp cho quá trình lái

b Nhược điểm.

1 Năng lượng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể

2 Máy phát và mô-tơ điện phải có độ lớn và dung lượng nhất định để đảm

1.2.2.1 Khái quát về dạng hybrid song song.

Không giống như hệ dẫn động hybrid nối tiếp, hệ dẫn động hybrid song song(Parallel hybrid electric drive train) cho phép cả ĐCĐT và mô-tơ kéo cùng truyềncông suất của chúng song song, trực tiếp tới các bánh xe Lợi thế chính của loạihình song song hơn loại hình nối tiếp là có thể không yêu cầu máy phát điện,mô-tơkéo nhỏ, không cần nhiều sự biến đổi công suất từ ĐCĐT tới các bánh xe Hơnnữa, hiệu suất tổng có thể cao hơn Tuy nhiên, việc điều khiển hệ thống dẫn độnghybrid song song phức tạp hơn nhiều so với hệ dẫn động nối tiếp, do sự kết hợp cơkhí giữa ĐCĐT và các bánh xe

Phương pháp tính toán cho riêng dạng này có thể không được áp dụng chodạng khác và kết quả tính toán cho riêng dạng này có thể được áp dụng cho duynhất điều kiện hoạt động đưa ra và nhiệm vụ yêu cầu Trong chương này sẽ tậptrung vào phương pháp tính toán của hệ truyền động song song với sự phối hợpmô-men, chúng hoạt động trên nguyên tắc điện cực đại, đó là, ĐCĐT cung cấp

20

Hình 1 14 Hệ thống hybrid song song với bộ ghép nối mô-men

công suất của nó phù hợp với tải cơ bản (hoạt động ở tốc độ không đổi cho trước,trên mức đường bằng phẳng; hoặc tải trung bình ở kiểu lái dừng - đi) và mô-tơ điệncung cấp công suất phù hợp với tải cực đại yêu cầu.

Tải trọng cơ bản thấp hơn nhiều tải trọng cực đại trong điều kiện lái trên đôthị bình thường và trên đường cao tốc Giả thiết này cho thấy công suất định mứccủa ĐCĐT nhỏ hơn nhiều công suất định mức của mô-tơ kéo Do đặc tính mômenhybrid song song với bộ – tốc độ của mô-tơ điện tốt hơn so với đặc tính mômen –tốc độ ĐCĐT, bộ truyền động bánh răng một cấp cho mô-tơ là một lựa chọn phù Các mục tiêu tính toán gồm:

- Thỏa mãn các yêu cầu hoạt động: Khả năng leo dốc, gia tốc, khả năng tiếtkiệm nhiên liệu

- Đạt được hiệu suất tổng cao

- Duy trì trạng thái nạp của ắc quy ở mức phù hợp trong toàn bộ chu trìnhvậnhành mà không nạp từ bên ngoài xe

- Thu hồi năng lượng phanh cao nhất

1.2.2.2 Các chiến lược điều khiển của hệ dẫn động hybrid song song.

Những dạng hoạt động có hiệu quả của hệ dẫn động hybrid song song chủyếu gồm: chỉ có ĐCĐT kéo; chỉ có mô-tơ điện kéo; cả ĐCĐT và mô-tơ điện cùngkéo; phanh tái sinh và ắc quy được nạp từ ĐCĐT Trong quá trình hoạt động, cácdạng hoạt động thích hợp sẽ được sử dụng để đáp ứng mô-men kéo yêu cầu, đạthiệu suất tổng cao, duy trì tình trạng nạp cho ắc quy ở mức hợp lí, và thu hồi nănglượng phanh càng nhiều càng tốt

Chiến lược điều khiển tổng thể gồm có hai mức Một bộ điều khiển cấp độ hệthống của xe (điều khiển cấp độ cao) thực hiện chức năng như một bộ chỉ huy điềukhiển và đưa ra các lệnh, đưa yêu cầu mô-men đến bộ điều khiển cấp độ thấp (điềukhiển cục bộ hoặc từng thành phần) được căn cứ trên lệnh hoạt động (lái xe), cácđặc điểm riêng của từng bộ phận, và thông tin phản hồi từ các bộ phận Chiến lược

21

điều khiển tổng thể của hệ truyền động hybrid song song thể hiện trên sơn nhưtrong hình 1.13 Nó gồm có một bộ điều khiển xe, bộ điều khiển ĐCĐT, bộđiềukhiển mô-tơ điện, và bộ điều khiển phanh cơ khí.Bộ điều khiển hệ thống, nóthu thập dữ liệu từ người lái và tất cả các bộ phận, thí dụ như mô-men yêu cầu, tốc

độ xe, tình trạng nạp của ắc quy, tốc độ động cơ và vị trí bướm ga, tốc độ mô-tơđiện, Dựa và những dữ liệu này, đặc tính các bộ phận, chiến lược điều khiển đượcđịnh trước

Bộ điều khiển xe đưa ra những tín hiệu điều khiển của nó tới mỗi bộ điềukhiển thành phần (bộ điều khiển cục bộ) Mỗi bộ điều khiển thành phần điều khiểnhoạt động của bộ phận tương ứng để phù hợp với yêu cầu dẫn động Bộ điều khiển

xe đóng vai trò trung tâm trong hoạt động của hệ dẫn động Bộ điều khiển xe phảiđưa ra các dạng hoạt động khác nhau, tùy theo điều kiện lái, dữ liệu được tập hợp

từ các bộ phận, mệnh lệnh của người lái và phải đưa ra mệnh lệnh chính xác tới bộđiều khiển thành phần Hơn nữa, điều khiển chiến lược định trước quyết định hoạtđộng của hệ dẫn động

22

Hình 1 15 Sơ đồ điều khiển tổng thể của hệ dẫn động hybrid song

 Chiến lược điều khiển trạng thái nạp lớn nhất của ắc quy Khi xe đang hoạtđộng ở dạng dừng – đi, ắc quy phải truyền công suất của nó tới hệ dẫn độngthường xuyên Vì vậy, ắc quy có xu hướng phóng điện nhanh Trong trườnghợp này, cần thiết duy trì một trạng thái nạp ở mức cao trong ắc quy để đảmbảo hoạt động của xe ổn định Do đó, chiến lược điều khiển trạng thái nạplớn nhất của ắc quy có thể là lựa chọn thích hợp Chiến lược điều khiển trạngthái nạp lớn nhất của ắc quy có thể được trình bày như hình 1.16.

Chú thích:

1: Công suất lớn nhất với dạng hybrid

2: Công suất lớn nhất khi chỉ có mô-tơ điện kéo

3: Công suất động cơ trên đường hoạt động tối ưu của nó

4: Công suất động cơ với một phần tải

23

Hình 1 16 Những dạng hoạt động cơ bản với từng công suất yêu cầu

5: Công suất lớn nhất khi mô tơ là máy phát

Ptải: Côngsuấttải (kéo hoặc phanh)

Pđc: Công suất động cơ

Pn,aq: Công suất nạp ắc quy

Pm:Công suất mô tơ kéo

Pph,ts: Công suất phanh tái sinh

Pph,ck: Công suất phanh cơ khí

Vxe,min: Vận tốc của xe ứng với vận tốc nhỏ nhất của động cơ

 Chiến lược điều khiển bật-tắt của ĐCĐT

Tương tự như được sử dụng trong hệ dẫn động hybrid nối tiếp, chiến lược điềukhiển bật-tắt của ĐCĐT có thể được sử dụng trong một vài điều kiện hoạt độngvới tốc độ thấp và gia tốc thấp Trong chiến lược điều khiển này, hoạt động củaĐCĐT được điều khiển bởi tình trạng nạp của ắc quy Trong giai đoạn bật động

cơ, đó là chiến lược điều khiển tình trạng nạp lớn nhất của ắc quy Khi tìnhtrạng nạp của ắc quy đạt tới mức cao của nó, ĐCĐT sẽ được ngắt và xe đượcđẩy đi chỉ bằng mô-tơ điện Khi tình trạng nạp của ắc quy ở mức thấp thì ĐCĐTđược bật và hệ thống lại quay trở lại chiến lược điều khiển tình trạng nạp lớnnhất của ắc quy như đã trình bày ở trên

24

1.2.2.3 Ưu nhược điểm hệ dẫn động song song

a Ưu điểm

1 Công suất của ô tô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng

2 Mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lượng bình acquy nhỏ và gọn nhẹ

3 Trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp

b Nhược điểm

1 Động cơ điện cũng như bộ phận điều khiển motor điện có kết cấu phức tạp

2 Giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nối tiếp

3 Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao

1.2.3 Hệ dẫn động hybrid hỗn hợp song song – nối tiếp.

1.2.3.1 Hình dáng hệ truyền động với bộ bánh răng hành tinh

25

Hình 1 17 Minh họa điều khiển đóng – ngắt ĐC

Hình 1 18 Sơ đồ hệ dẫn động hybrid hỗnhợp với

bộ ghép nối bánh răng hành tinh

Hình 1.18 trình bày hình dạng của một bộ truyền động hybrid hỗn hợp songsong – nối tiếp, nó dùng một bộ bánh răng hành tinh để kết nối ĐCĐT, môtơ điện

và bộ truyền động với nhau ĐCĐT được kết nối với vành răng của bộ bánh ranghành tinh qua li hợp 1, nó được sử dụng để nối hoặc ngắt ĐCĐT với vành răng.Mô-

tơ điện được nối với bánh răng mặt trời Khóa 1 dùng để khóa bánh răng mặt trời

và rôto của mô-tơ điện với khung xe Li hợp 2 dùng để nối hoặc tách bánh răngmặt trời với vành răng Bộ truyền động được dẫn động bởi cầu dẫn của bộ bánhrăng hành tinh qua một bánh răng trung gian Bộ bánh răng hành tinh là một bộ tốc

độ tổng hợp, nó là một bộ 3 cửa Ba cửa này là bánh răng mặt trời, vành răng, vàcầu dẫn Những vận tốc góc của ba thành phần này là có liên quan với nhau nhưcông thức sau:

ω c = + (1.5)

Ở đó, R = r /r > 1 được định nghĩa là tỉ số truyền bánh răng và ω , ω , ω là vận tốcr s s r c

góc tương ứng của bánh răng mặt trời, vành răng, và cầu dẫn Nếu bỏ qua tổn thấttrên bộ bánh răng hành tinh, thì mô-men động trên bánh răng mặt trời,vành răng vàcầu dẫn được liên hệ như sau:

T c = (1+R).T = T s r (1.6)

Ở đó,T , T , và T lần lượt là mô-men động trên bánh răng mặt trời, vành răng vàs r c

cầu dẫn, như trình bày trong hình 1.21

26

Như đã chỉ ra ở biểuthức (1.5), vận tốc góc của cầu dẫn là tổng vận tốc góc của bánh răng mặt trời vàvành răng Công thức (1.6) chỉ ra rằng mô-men trên bánh răng mặt trời là nhỏ nhất,mô-men trên cầu dẫn là lớn nhất, và mô-men trên vành răng là ở giá trị giữa hai giátrị trên Trong hệ truyền động hybrid hỗn hợp trình bày trong hình 1.20, mô-tơmang mô-men nhỏ nhất, và mô-men lớn nhất đượctruyền cho bộ truyền động Tạimô-men đầu ra của mô-tơ, tỉ số truyền bánh rang lớn sẽ cho kết quả mô-men lớn tới

bộ truyền động, và đồng thời cần mô-men ĐCĐT lớn, như trình bày trong hình1.20 Tuy nhiên, ở vận tốc góc đưa ra của cầu dẫn, nó tương ứng với tốc độ xe, tỉ sốtruyền lớn, R, sẽ cho kết quả tốc độ của mô-tơ và ĐCĐT cao

Hình 1 19 Sơ đồ một bộ bánh rang hành tinh

Hình 1 20 Mô-men trên vành răng và cầu dẫn (mô-men ĐCĐT và mô-men tới bộ truyền động) thay đổi với tỉ số truyền, R, tại mô-men đưa ra trên bánh

răng mặt trời (mô-men mô-tơ điện)

 Dạng hoạt động kết hợp tốc độ.

Khi xe đang bắt đầu từ tốc độ 0, ĐCĐT không thể chạy ở tốc độ 0 và bộtruyền động chỉ có một tỉ số truyền giới hạn Bởi vậy, tồn tại sự trượt giữatrục vào và trục ra của bộ truyền động Hiện tượng trượt thường xảy ra trong

li hợp của bộ truyền động điều khiển bằng tay hoặc trong bộ biến đổi men thủy lực của bộ truyền động tự động Do đó, một phần trong tổng sốnăng lượng bị mất trong hiện tượng trượt này Tuy nhiên, trong trường hợpcủa bộ truyền động trình bày trong hình 1.18, sự trượt này được thực hiệngiữa ĐCĐT và mô-tơ điện (vành răng và bánh răng mặt trời) Trong trườnghợp này, li hợp 1 kết nối trục động cơ với vành răng, li hợp 2 giải phóngbánh răng mặt trời khỏi vành răng, và khóa 1 và 2 giải phóng bánh răng mặttrời (mô-tơ) và vành răng (ĐCĐT) từ khung xe Vẫn tại tốc góc đưa ra củaĐCĐT và cầu dẫn, tương ứng với tốc độ của xe, tốc độ của mô tơ là:

mô-ωs= (1+R).ω – R.ω (1.7)c r

Khi số hạng đầu bên vế phải của công thức (1.7) nhỏ hơn số hạng thứ hai,đó

là, ở tốc độ thấp của xe thì vận tốc của mô-tơ là âm Tuy nhiên, từ côngthức(1.6), nó cho biết rằng mô-men của mô-tơ phải dương Bởi vậy, côngsuất mô-tơ là âm, và nó hoạt động như một máy phát và có thể được trìnhbày như sau:

Pm= Ts.ωs – Tr.ωr = P – P (1.8)t dc

Ở đó, P là công suất của mô-tơ, m

28

Pt là công suất tới bộ truyền động

Pdc là công suất ĐCĐT

Khi tốc độ xe tăng tới giá trị mà ở đó số hạng đầu trong vế phải củacông thức (1.7) bằng với số hạng thứ hai và khi đó vận tốc của bánh răng mặttrời ω bằng 0, công suất mô-tơ điện bằng 0 Tốc độ này được định nghĩa nhưs

tốc độ đồng bộ, nó phụ thuộc vào tốc độ ĐCĐT Với tốc độ của xe tăng hơnnữa, ω trở thành dương và mô-tơ điện đóng vai trò là nguồn cung cấp côngs

suất cho hoạt động của xe Trong dạng hoạt động phối hợp tốc độ, tốc độĐCĐT được ngắt khỏi tốc độ xe và tốc độ động cơ có thể được điều khiểnbởi mô-men của mô-tơ và độ mở bướm ga của ĐCĐT Trong công thức(1.6), nó cho biết rằng mô-men ĐCĐT tương ứng với mô-men mô-tơ nhưsau:

Tr = R.Ts (1.9)Tốc độ ĐCĐT là một hàm của mô-men và góc mở bướm ga Bởi vậy,tốc độ ĐCĐT có thể được điều khiển bởi mô-men của mô-tơ và độ mở bướm

ga của ĐCĐT, như trình

bày trong hình 1.21 Tại

mô-men đưa ra của mô-tơ,

tốc độ ĐCĐT có thể được

thay đổi bằng sự thay đổi

góc mở bướm ga Tại một

góc mở bướm ga, tốc độ

ĐCĐT có thể được thay

đổi bởi sự thay đổi

mô-men của mô-tơ

29

Hình 1 21 Tốc độ đông cơ đốt trong được điều khiển bởi độ mở bướm ga và mô- men của mô-tơ điện.

 Dạng hoạt động kết hợp mô-men.

Khi li hợp được đóng và khóa 2 giải phóng vành răng, bánh răng mặt trời(mô-tơ) và vành răng (ĐCĐT) được khóa vào nhau và vận tốc của bánh răngmặt trời và vành răng được ép để giống nhau Từ công thức (1.5), nó chothấy rằng vận tốc của cầu dẫn cũng bằng với vận tốc của bánh răng mặt trời

và vành răng, và sự quay tròn của các bánh răng hành tinh quanh trục củachúng Trong trường hợp này, mô-men trên cầu dẫn là tổng của mô-men vàoqua bánh răng mặt trời và vòng răng, đó là:

Tc= T + T (1.10)s r

a) Dạng chỉ có ĐCĐT kéo xe.

Dạng chỉ có ĐCĐT kéo có thể được hiểu với cả mô hình hoạt động tốc độtổng hợp và mô-men tổng hợp Trong sự hoạt động tốc độ tổng hợp, khóa1khóamô-tơ điện đến với khung xe, và li hợp 2 giải phóng bánh răng mặt trời khỏi vànhrăng Từ công thức (1.5) và (1.6), vận tốc cầu dẫn và mô-men có thể được trình bàynhư sau:

ωc = (1.11) và T = (1.12)c

Công thức (1.11) và (1.12) chỉ ra rằng có một tỉ số truyền là (1+R)/R giữa vànhrăng (ĐCĐT) và cầu dẫn Tỉ số truyền này lớn hơn 1 Trong hoạt động mô-mentổng hợp, dạng chỉ có ĐCĐT kéo có thể được hiểu là mô-tơ điện được ngắt Trongtrường hợp này, vận tốc và mô-men trên cầu dẫn bằng với vận tốc và mô-men củaĐCĐT Tỉ số truyền là bằng 1 Điều đó cho thấy, bộ bánh răng hành tinh thực hiệnchức năng như một bộ truyền động hai cấp Dạng tốc độ tổng hợp nhận tỉ số truyềnthấp (R/(1+R)) và dạng mô-men tổng hợp nhận tỉ số truyền cao (tỉ số truyền bằng1)

b) Dạng phanh tái sinh.

30

Trong khi phanh, li hợp 1 được mở và ĐCĐT được ngắt khỏi vành răng.ĐCĐT có thể được tắt hoặc đặt ở chế độ chạy không tải Mô-tơ điện được điềukhiển để hoạt động như một máy phát sản sinh mô-men âm Tương tự như dạng chỉ

có ĐCĐT kéo, hoạt động này có thể được thực hiện bởi tốc độ hoặc mô-men tổnghợp Trong khi hoạt động tốc độ tổng hợp, vành răng được khóa với khung xe bởikhóa 2, và bánh răng mặt trời (mô-tơ) được giải phóng khỏi vành răng bằngviệc mở

li hợp 2 Từ (1.5) và (1.6), vận tốc và mô-men của mô-tơ điện kết hợp với vận tốc

và mô-men của cầu dẫn bởi:

ωc = (1.13) và T = (1+R) T (1.14)c s

Khi mô-tơ điện được điều khiển để sinh ra mô-men âm, cầu dẫn đạt đượcmô-men âm (khi phanh) Công thức (1.13) và (1.14) chỉ ra rằng tỉ số truyền (1+R)được đưa vào giữa mô-tơ (bánh răng mặt trời) và cầu dẫn Trong dạng mô-mentổng hợp, li hợp 2 được đóng để kết nối bánh răng mặt trời (mô-tơ) với vành rang

và khóa 2 giải phóng vành răng khỏi khung xe Trong trường hợp này, vận tốc vàmô-men của mô-tơ bằng với vận tốc và mô-men của cầu dẫn Tỉ số truyền giữa mô-

tơ (bánh răng mặt trời) và cẫu dẫn là 1 Hơn nữa, bộ bánh răng hành tinh thực hiệnchức năng như bộ truyền động 2 cấp Dạng tốc độ tổng hợp nhận tỉ số truyền thấp(1+R) và dạng mô-men tổng nhận tỉ số truyền cao (=1) [2]

c) Khởi động ĐCĐT

ĐCĐT có thể được khởi động bởi mô-tơ điện với dạng tốc độ tổng hợphoặc dạng mô-men tổng hợp của nó khi xe ở chế độ đứng yên Trong dạng tốc độtổng hợp, li hợp 1 được đóng để kết nối trục ĐCĐT với vành răng, li hợp 2 giảiphóng bánh răng mặt trời (mô-tơ) khỏi vành răng, và cả khóa 1 và 2 đều mở Từ(1.5) và (1.6), vận tốc và mô-men của ĐCĐT được kết hợp với vận tốc và mô-mencủa mô-tơ điện tính bởi công thức:

ωr = (1.15) và T = R Tr s (1.16)

31

Để khởi động ĐCĐT, mô-tơ điện phải quay với vận tốc âm, đó là, trongchiều ngược lại Hơn nữa, tỉ số truyền R được đưa vào giữa ĐCĐT (vành răng) vàmô-tơ (bánh răng mặt trời) Bởi vậy, để khởi động ĐCĐT yêu cầu một mô-men nhỏcủa mô-tơ Trên thực tế, công thức (1.6) chỉ ra rằng một mô-men âm của mô-tơluôn cho kết quả là một mô-men dương của ĐCĐT khi xe ở chế độ đứng yên hayđang chạy Điều này có thể hiểu rằng ĐCĐT có thể được khởi động cả khi xe đangchạy Trong dạng hoạt động mô-men tổng hợp, ĐCĐT có thể được khởi độngtrực tiếp bởi mô-tơ điện Trong trường hợp này, bộ truyền động (hộp số) phải đượccài đặt ở bánh răng trung gian Vận tốc và mô-men mà ĐCĐT đạt được bằng vớivận tốc và mô-men mà mô-tơ tạo ra.

1.2.3.3 Chiến lược điều khiển

Khi tốc độ xe thấp hơn tốc độ đồng bộ, dạng hoạt động tốc độ tổng hợp được

sử dụng Như đã giải thích bên trên, mô-tơ điện hoạt động với vận tốc âm và côngsuất âm Một phần của công suất ĐCĐT được sử dụng để nạp cho nguồn ắc quy vàmột phần để kéo xe Mô-men của cầu dẫn của bộ bánh răng hành tinh (mô-menđẩy) được xác định bởi giá trị nhỏ của (1+R).T và ((1+R)/R).T , như đã môs r

tảtrong công thức (1.6) Khi tốc độ xe cao, nó sử dụng sự đồng bộ của nó, dạnghoạtđộng mô-men tổng hợp Chiến lược điều khiển bộ dẫn động là:

32

1 Khi công suất kéo yêu cầu lớn hơn công suất mà ĐCĐT có thể tạo ra với

độ mở bướm ga hoàn toàn, dạng kéo hỗn hợp được sử dụng Trong trường hợp này,ĐCĐT được hoạt động với độ mở bướm ga hoàn toàn và mô-tơ điện cung cấp côngsuất thêm vào để phù hợp công suất suất kéo yêu cầu

2 Khi công suất kéo yêu cầu nhỏ hơn công suất ĐCĐT có thể sinh ra với độ

mở bướm ga hoàn toàn, sự hoạt động của ĐCĐT và mô-tơ điện được xác định bằngtình trạng nạp của nguồn ắc quy, như trình bày trong hình 1.22 Trong dạng nạp của

ắc quy, công suất nạp của nguồn có thể được xác định bằng công suất cực đại củacông suất điện, hoặc bởi công suất cực đại của ĐCĐT và công suất kéo được yêucầu

1.2.4 Hệ dẫn động hybrid với mô-tơ có stato động.

Một hệ dẫn động hybrid hỗn hợp khác, nó có đặc điểm tương tự như hệ dẫnđộng đã trình bày ở trên, như trình bày trong hình 1.23 Hệ dẫn động này sử dụngmột một mô-tơ điện, nó có một stato động, để thay thế bộ bánh răng hành tinh vàmô-tơ điện

33

Hình 1 22 Nạp ắc quy và chỉ có ĐCĐT kéo, phụ thuộc vào

tình trạng nạp của ắc quy.

Như đã đề cập, ở phần tổng quan, vận tốc góc của rôto là tổng của vận tốcgóc của stato và vận tốc góc tương đối giữa stato và rôto, đó là:

ω r = ω + ωrr (1.17) s

Nhờ hiệu ứng hoạt động và phản ứng, các mô-men động trên stato và rôtoluôn bằng mô-men điện từ được sinh ra trong khe hở không khí (xem hình 1.16).Mối liên hệ này được xác định như sau:

T r = T = T (1.18) s m

Ở đó, T là mô-men điện từ trong khe hở không khí.m

34

Hình 1 23 Hệ dẫn động hybrid hỗn hợp với mô-tơ có stato động

Hình 1 24 Một mô-tơ điện với stato động

So sánh (1.17) và (1.18) với (1.5) và (1.6), cho thấy cả bộ bánh răng hành tinh vàmô-tơ có stato động đều có đặc điểm hoạt động tương tự nhau Bởi vậy, các hệ dẫnđộng hybrid hỗn hợp như trình bày trong hình 1.18 và hình 1.23 có nguyên lí hoạtđộng tương tự nhau và sử dụng chiến lược điều khiển tương tự nhau Tuy nhiên,thiết kế của hệ dẫn động với hệ bánh răng hành tinh linh hoạt hơn khi tỉ số truyền R

có thể chọn được Vả lại, tỉ số truyền có thể tăng men của tơ Bởi vậy, men nhỏ của mô-tơ được cung cấp để khởi động ĐCĐT và chuyển mô- men lớn tới

1.2.5 Hệ dẫn động hybrid song song một trục.

Các phương tiện hybrid hoàn chỉnh với dạng nối tiếp hay song song có thểgiảm bớt tiêu thụ nhiên liệu bởi hoạt động tối ưu của động cơ và hiệu quả phanh táisinh Tuy nhiên công suất điện yêu cầu cao nên đòi hỏi ắc quy mang năng lượngphải rất lớn và nặng, đồng nghĩa với năng lượng mất mát trong cản lăn tăng, khônggian của hệ thống dẫn động ở dưới mui xe sẽ lớn và khả năng mang tải của xegiảm xuống Hệ dẫn động hybrid hoàn chỉnh có những cấu trúc hoàn toàn khác với

hệ dẫn động thông thường Để thay đổi hoàn toàn từ hệ dẫn động thông thườngsang hệ dẫn động hybrid hoàn chỉnh cần có sự đầu tư lớn về thời gian và chi phí

35

Biện pháp là đưa ra một sản phẩm trung gian, để dễ thay đổi từ các sản phẩm hiệnnay và mang lại hiệu quả hoạt động cao hơn cho chúng Một giải pháp là đặt mộtmô-tơ điện nhỏ ở giữa động cơ với hệ truyền động để tạo thành hệ dẫn động hybridsong song một trục (Mild hybrid electric drive train) Mô-tơ điện nhỏ này có thểhoạt động giống như là một máy khởi động hay một máy phát điện Nó có thể chỉthêm vào công suất bổ xung cho hệ dẫn động khi đòi hỏi công suất cao và có thểbiến đổi năng lượng phanh thành năng lượng điện Mô-tơ điện nhỏ này có khả năngthay thế cho ly hợp hay bộ chuyển đổi mômen, những thành phần làm việc với hiệusuất thấp khi hệ số trượt cao Hệ dẫn động hybrid này không cần bộ lưu trữ nănglượng lớn (ắc quy), vì mô-tơ có công suất định mức nhỏ Một hệ thống điện 42V cóthể được đáp ứng để thỏa mãn nhu cầu Những hệ thống phụ của xe thông thườngnhư động cơ, bộ truyền động (hộp số), phanh không cần thay đổi nhiều.

1.2.5.1 Cấu tạo

36

Hình 1 25 Sơ đồ cấu tạo hệ dẫn động hybrid song song một trục