chương 4 hệ thống truyền lực xe lai điện kiểu hỗn hợp

Sử dụng một motor điện nhỏ để thay thê bộ biên mô và sau đó tạo thành hệ thông truyện lực xe lai điện mêm được cân nhắc để có hiệu quả, giảm năng lượng mat mát ở hộp sô tự động, cũng nh

CHUONG 6:

HE THONG TRUYEN LUC XE LAI DIEN

KIEU HON HOP

Toàn bộ xe lai điện với kết câu song

song hoặc nổi tiếp có thê giam dang ké nhiên liệu tiêu thụ nhờ vào hoạt động tôi ưu của động cơ và sử dụng hiệu quả

phanh tái sinh.

Tuy nhiên, điện năng cao đòi hỏi thiết

bị dự trữ năng lượng phải lớn và làm

xe lai điện hỗn hợp Motor điện nhỏ

này có thê hoạt động như bộ khởi động dong co va may phat điện Nó cũng có thé lam tang cong suat cho he thong truyén lực khi cần công suất cao và có

thể chuyên đổi một phân năng lượng phanh thành năng lượng điện Motor

này cũng có khả năng thay thê ly hợp

hoặc bộ biên mô, những bộ phận này

không có hiệu quả khi hoạt động với

một hệ sô trượt cao

Hệ thông truyện lực xe lai điện hỗn hợp không cân nguôn năng lượng dự

trữ lớn bởi vì công suât định mức của motor dién nhỏ Một hệ thông điện 42

V có thê thỏa mãn yêu câu Những hệ thông phụ khác của xe truyện thông,

chăng hạn như động cơ, hộp sô (hộp bánh răng), và phanh không cân thay đôi nhiêu

Chương này giới thiệu hai kết câu đặc trưng của hệ thông truyện lực lai hỗn hop T hiết kê thông sô và phương pháp

điêu khiến chúng được giải thích cùng

với một thí dụ thiết kế.

6.1 NANG LUQNG DUNG VAO PHANH VA HOP SO

Được trình bày ở Chương II, mot lượng đáng kề năng lượng được dùng

vào phanh, đặc biệt là khi hoạt động ở

vùng thành phô Chương 11 cũng cho

biết công suât phanh trong điêu kiện

hoạt động bình thường là không lớn (đề cập ở Hình 11.5) Vì vậy, một motor nhỏ có thê thu lại hầu hết năng lượng phanh.

Nguôn năng lượng mat mat khac o cac xe truyén thông là hộp sô Những

xe truyện thông thường được trang bi

hộp sô tự động, đặc biệt là ở Bắc Mỹ

Ở hộp sô tự động, bộ biên mô thủy lực

là yêu tô cơ bản có hiệu suất thấp khi

làm việc với tỷ sô truyền thấp (độ trượt cao), được trình bày ở Hình 6.1

Khi xe đang hoạt động với kiều hoạt động dừng — chạy ở vùng thành phô,

việc thường xuyên tăng tốc của xe dẫn

đến tỷ sô truyện thâp ở bộ biến mô, do

đó kết quả là hiệu suất làm việc thấp Hình 6.2 cho thây hiệu suất làm việc của một hộp SỐ tự động tiêu biêu ở chu

kỳ làm việc vùng thành phô theo FTP

75 Trong chu kỳ làm việc này, hiệu suât trung bình khoảng 0.5.

Thêm vào đó, khi xe hoạt động ở

vùng thành phô, thời gian động cơ chạy câm chừng tronø lúc dừng lại và phanh là đáng kể Ở chu kỳ hoạt động FTP 75, tỷ lệ phân trăm của thời gian chạy câm chừng gân 44%, và ở thành phô New York tỷ lệ này khoảng 57%.

Khi động cơ đang chạy câm chừng, động cơ không những tự tiêu thụ năng lượng mà năng lượng còn can dé dan động hộp số Tiêu biểu, khoảng 1.7

kW của công suất động cơ được dùng

đề dẫn động hộp sô tự động khi xe

dừng lại.

Sử dụng một motor điện nhỏ để thay

thê bộ biên mô và sau đó tạo thành hệ thông truyện lực xe lai điện mêm được

cân nhắc để có hiệu quả, giảm năng lượng mat mát ở hộp sô tự động, cũng

như trong suôt quá trình phanh và hoạt

động ở chế độ cam chừng

6.2 HE THONG TRUYEN LUC

XE LAI DIEN MEM KIEU SONG SONG

6.2.1 Két cau

Hệ thông truyện lực xe lai điện mêm

chép song song được trình bày ở Hình 6.3

Một motor điện nhỏ có thể hoạt động như bộ khởi động động cơ, máy phát,

và motor kéo, được đặt giữa động cơ

và hộp số tự động (hộp sô) Ly hợp được sử dụng đề ngặt hộp sô khỏi động

cơ khi cân, như trong lúc chuyên SO va

tốc độ xe thấp Công suất định mức

của motor điện có thê ở trong giới hạn

khoảng 10% công suât định mức của

động cơ Motor điện có thê được điêu khiển một cách nhẹ nhàng dé làm việc tại bất kỳ tốc độ và mômen; do đó, sự cách ly giữa motor điện và hộp sô là không cân thiết Hoạt động của hệ

thông truyện lực và mỗi bộ phận riêng

lẻ được điều khiến bởi bộ điêu khiến truyện lực và các bộ phận điều khiến

thành phân.

6.2.2 Các chế độ hoạt động và cách thức điêu khiên

Hệ thông truyện lực có các kiêu hoạt

động khác nhau, phụ thuộc vào hoạt

động của động cơ và motor điện.

Chế độ chỉ có động cơ kéo Trong

chê độ nay, motor điện được ngắt điện

và xe được dẫn động chỉ băng động cơ Chê độ này có thế được sử dụng khi trang thai nap (SOC) cua ắc quy ở mức

cao và một mình động cơ có thê điêu

khiền công suât theo yêu câu.

Chế độ chỉ có motor kéo Trong chế

độ này, động cơ được tắt và ly hợp được nhả (mở) Xe được dẫn động nhờ một mình motor điện Chê độ hoạt động này có thê được sử dụng tại tỐc

d6 xe thap: chang han, it hon 10 km/h

Chế độ nạp cho ắc quy: Trong chế

độ này, motor điện hoạt động như một

máy phát và được dẫn động bởi động

cơ đề nạp điện cho ắc quy

Kiểu phanh tái sinh Trong chê độ

này, động cơ được tắt và ly hợp được

tách Motor điện hoạt động dé sinh ra

mômen phanh đến hệ thong truyén luc

Một phân động năng của khối lượng xe

được biên đôi thành năng lượng điện

và được dự trữ ở ăc quy

Chế độ lực kéo lai Trong chế độ

nay, ca dong co va motor điện phan

phoi cong suat kéo dén hé thong truyén

lực

Các chế độ hoạt động ở trên được sử dụng trong hoạt động thực tê phụ thuộc

vào công suât yêu câu, được điêu khiến

bởi tài xê thông qua bàn đạp ga hoặc

bàn đạp phanh, trạng thái nạp (SOC)

của ăc quy, và tôc độ xe

Cách thức điêu khiến là sự thiết lập

trước các phương pháp điêu khiên một

cách logic trong bộ điêu khiến truyện

lực Bộ điêu khiến truyện lực nhận những tín hiệu thực tê từ tài xê và từ mỗi bộ phận riêng lẻ (xem Hình 6.3),

và sau đĩ điêu khiến hoạt động của từng bộ phận, theo sự thiết lập điêu khiến lòic đặt trước Mục đích điều

khién logic duoc minh hoa 6 Bang 6.1

và Hình 6.4.

- Tốc độ thấp (<

10 km/h)

- Phanh

- Yeu cầu công

suât cao (lớn hơn

có thể sinh ra)

- Công suất yêu

câu thâp và trung

vào SOC ắc quy

(xem Hình 6.5)

Đường trên cùng SOC ắc quy

Phanh - suat tiéu

hao nhiên liệu (g/kWh) |

6.3 HE THONG TRUYEN LUC XE LAI DIEN KIEU HON HOP NOI TIEP

- SONG SONG

Acceleration

pedal

Engine

control Brake

Planetary gear unit

⁄ Ring gear Sun gear

Vehicle speed signal

/, Difierential

6.3.1 Kết câu của hệ thông truyện lực với một bộ bánh răng hành tỉnh

Hình 6.13 cho thây kết câu của một

hệ thong truyện lực xe lai điện kiểu

hỗn hop noi tiép — song song, str dung

một bộ bánh răng hành tinh dé kết nối với động cơ, motor, và hộp SỐ Động

cơ được nôi với vòng răng (bánh răng bao) của bộ bánh răng hành tình qua ly

hợp sô 1, ly hop này được str dung dé nôi hoặc nøắt động cơ với vòng răng

Motor điện được nôi với bánh răng mặt trời Khóa số 1 được sử dụng để hãm

banh rang mat troi va rotor cua motor

điện với khung xe Khóa sô 2 được

dùng để hãm vòng răng với khung xe

Ly hợp số 2 được sử dụng để nối hoặc

ngắt bánh răng mặt trời tới vòng răng

Hộp SỐ (hộp bánh rang) được dẫn động

băng cân dẫn của bộ bánh răng hành

tinh qua từng tay sô.

Bộ bánh răng hành tình là một bộ tong hop tốc độ (được đề cập ởỞ

Chương 5), đó là một bộ ba công Ba

công này là bánh răng mặt trời, vòng

rang, va can dan Van toc góc của ba cOng nay co quan hé nhu sau:

của bánh răng mặt trời, vòng răng, và

cân dẫn Băng cách bỏ qua mât mát ở

bộ bánh răng hành tính, mômen tác dụng lên bánh răng mặt trời, vòng

rang, va can dẫn có môi quan hệ như

sau:

7, =(1+R)T, =——=T,

Voi r, 7, Va r lân lượt là mômen tác dụng lên bánh răng mặt trời, vòng rang, va cân dẫn, như trình bày ở Hình 6.14.

Như thể hiện ở phương trình (6.5),

vận toc sóc của cân dẫn là tong van toc

sóc của bánh răng mặt trời và vòng

rang Phương trình (6.6) cho thây rang

mômen của bánh răng mặt trời nhỏ

nhất, mômen của cân dẫn lớn nhất, và momen cua vòng răng ở khoảng giữa,

từ đó z›¡ Trong hệ thông truyền lực xe lai điện mêm trình bày ở Hình 6.13,

cân dẫn motor có mômen nhỏ nhất, và mômen lớn nhất được truyện tới hộp

SỐ Yai momen motor da cho, ty sô truyền lớn hơn sẽ dẫn đến mômen lớn hơn tới hộp sô, và đông thời sẽ cân một

mômen động cơ lớn hơn, được trình

bày ở Hình 6.15 Tuy nhiên, tại một

vận tôc góc cho trước của cân dẫn, nó tương ứng với tộc độ xe, tỷ sô truyền lớn hơn z, sẽ dẫn đến tốc độ động cơ

và motfor cao (xem phương trình [6.5 ])

6.3.2 Cac phương thức hoạt động

và điều khiên

Khi để cập dén kết câu của hệ thông

truyện lực thì có 2 kiểu hoạt động cơ

bản dễ nhận thây: kết nối tốc độ và kết nôi mômen øiữa động cơ và hộp sô,

phụ thuộc vào sự đóng hoặc nhả của ly

hợp và khóa.

Bánh răng hành tinh

6.3.2.1 Kiéu hoạt động kết nổi tốc độ

Khi xe bắt đâu từ vận toc bang 0

động cơ không thể quay tại toc do bang

0 và hộp số chỉ có tỷ sô truyện hạn chê

Vì vậy, sự trượt phải ton tai s1ữa trục vào và trục ra của hộp số Sự trượt

thường xuất hiện ở ly hợp đôi với hộp

sô thường hoặc ở bộ biên mô thủy lực của hộp số tự động Do đó, một lượng

năng lượng chắc chăn bi mat trong su

trượt này Tuy nhiên, trong trường hợp của hệ thông truyện lực trình bày ở

Hình 6.12, sự trượt này được thực hiện

s1ữa động cơ và mofor điện (vòng răng

và bánh răng mặt trời) Trong trường hợp này, ly hợp sô I nôi trục động cơ

tới vòng răng, ly hợp sô 2 tách bánh răng mặt trời từ vòng răng, vả các khỏa

sô I và sô 2 tách bánh răng mặt trời

(motor) và vòng răng (động cơ) khỏi

khung xe Tại vận tôc góc động cơ và

cân dẫn cho trước, tương ứng với toc

độ xe và theo phương trình (6.5), tốc

độ motor là:

O, = (1+ R)o, — Ro,

Khi sô hạng đâu tiên bên về phải của

phương trình (6.7) nhỏ hơn sô hạng thứ hai — tức là, tại tốc độ xe thấp thì vận tốc motor là âm Tuy nhiên, từ phương trình (6.6), nó được biết rang momen

motor phải dương Vì vậy, công suat

motor là âm, nøhĩa là, hoạt động như

một máy phát, và có thê được biêu diên như sau:

động cơ Khi tốc độ xe tăng đến giá trị

mà sô hạng đâu tiên bên phía tay phải

của phương trình (6.7) băng VỚI SỐ hạng thứ hai và khi vận tốc góc bánh răng mặt trời ø trở thành 0, công suất motor điện trở thành 0 Tốc độ này

được định nghĩa như là tôc độ đồng bo,

phụ thuộc vào tôc độ động cơ Nêu tôc

độ xe tăng lên nữa thì 2 trở nên dương

va motor điện vào chê độ motOr

Trong kiêu hoạt động kết nối tốc độ toc do dong co duoc ngắt từ tốc độ xe

và tôc độ động cơ có thê được điêu

khiên nhờ mômen motor và cánh bướm

ga động cơ Ở phương trình (6.6), điêu

này được biết răng mômen động cơ tương ứng với mômen motfor như sau:

T, = RT,

Tốc độ động cơ là một hàm số của

mômen động cơ và øóc mở bướm ga

Vì vậy, tốc độ động cơ có thê được điều khiến bởi mômen motor và bướm

ơa động cơ, như trình bày ở Hình 6.16

Tại mômen motor cho trước, tôc độ

động cơ có thê được thay đôi nhờ vào

sự thay đôi góc mở bướm øa động cơ Tại góc mở bướm ga dong co cho

trước, tôc độ động cơ có thê được thay

đôi nhờ sự thay đỗi mômen motor

Mômen trên cân dân

4 Ƒ (Mômen truyền tới hộp số)

3 7

3 - 2s ‡ Mômen trên vòng

răng (Mômen động cơ)

2 1.5 } M6 men trén banh rang

1 ⁄ mặt trời (Mômen động cơ) 0.5 fF

6.3.2.2 Kiêu hoạt động két noi momen

Khi ly hợp số 1 dong va khóa sô 2

tách khỏi vòng răng, bánh răng mặt trời (mofor) và vòng răng (động cơ)

được khóa cứng với nhau như vậy vận

tc góc của bánh răng mặt trời và vòng răng bắt buộc như nhau Từ phương

trình (6.5), điều này được xem như vận

tốc øóc của cân dẫn cũng băng với vận

tc góc của bánh răng mặt trời và vòng răng, và các bánh răng hành tinh quanh trục đứng yên của chúng Trong trường

hop nay, momen o can dan la tong

mômen đâu vào qua bánh răng mặt trời

và vòng răng; nghĩa là,

T, =1, +T,

Hệ thông truyện lực hoạt động với kiêu

tông hợp mômen.

6.3.2.3 Kiểu chỉ có động cơ kéo

Kiểu chỉ có động cơ kéo có thể được thực hiện với cả hai kiểu hoạt động là

tông tốc độ và tông mômen Trong

trường hợp hoạt động tong tốc độ, khóa sô 1 khóa motor điện lại, vì vậy

bánh răng mặt trời được nôi với khung

xe, và ly hợp sô 2 tách bánh răng mặt trời từ vòng răng lừ phương trình

(6 5) va (6 6) vận tốc ÓC và mồmen cân dẫn có thể được biêu diễn như sau:

R

OO — ————0),

1+R

TL 'Êr

R

Phương trình (6 11) va (6.12) cho biét

có một ty sô truyện (+R)/& ĐIỮa VÒng

răng (động cơ) và cân dẫn Tỷ số

truyền này lớn hơn Ï

Trong trường hợp hoạt động tong mômen, kiểu chỉ có động cơ kéo có thể

được thực hiện nhờ sự ngắt dién motor

điện Trong trường hợp này, vận tốc

góc và mômen của cân dẫn băng vận

toc goc va momen cua dong co Ty sô

truyền này bang 1

Điều này được biết đến nhờ sự thảo luận ở trên mà bộ bánh răng hành tình

hoạt động như một hộp sô 2 câp Kiêu

tong toc độ nhận sd thâp (tỷ số truyên

R/(1+R)) va kiểu tông mômen nhận sô cao (tý sô truyện, 1)

6.3.2.4 Kiéu phanh tái sinh

Trong lúc phanh, ly hợp sô 1 được

nhả và động cơ được tách ra khỏi vòng

răng Động cơ có thể được tắt hoặc đặt

ở chế độ câm chừng Motor điện được điều khiến dé hoạt động như một máy

phat dé sinh ra mômen âm Tương tự

như kiêu chỉ có động cơ kẻo, hoạt động

này có thê được thực hiện hoặc băng tong tốc độ hoặc băng tong momen

Trong lúc hoạt động tông tốc độ, vòng răng bị khóa cứng với khung xe nhờ khóa sô 2, và bánh răng mặt trời (motor) được tách ra khỏi vòng răng

nhờ nhả ly hợp số 2 Từ (6.5) và (6.6),