nghiên cứu hệ thống truyền động trên xe lai và mô phỏng các kiểu truyền động phổ biến trên xe lai hiện nay

Một đặc điểm quan trong khác là động cơ đốt trong có thể kết hợp với các nguồn năng lượng khác, do đó có thể sử dụng động cơ đốt trong có kích thước và công suất nhỏ hơn nhưng vẫn đảm bả

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

TRÊN XE LAI VÀ MÔ PHỎNG CÁC KIỂU

TRUYỀN ĐỘNG PHỔ BIẾN TRÊN XE LAI HIỆN NAY

MÃ SỐ: T19 - 2008

Tp Hồ Chí Minh, 2008

S 0 9

S KC 0 0 2 1 8 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC _ oo0oo _

BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

Thuyết minh đề tài NCKH cấp trường

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN XE LAI VÀ MÔ PHỎNG CÁC KIỂU TRUYỀN ĐỘNG PHỔ BIẾN

TRÊN XE LAI HIỆN NAY MÃ SỐ: T 19 – 2008

CHỦ TRÌ: Th.S NGUYỄN VĂN TRẠNG

Tháng 12 - 2008

LỜI NÓI ĐẦU

Tại Việt Nam với nền kinh tế đang phát triển, nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng

tăng, số người có đủ điều kiện để sắm xe ngày càng nhiều Do đó nhiều chuyên gia dự

đoán thị trường ô tô của Việt Nam sẽ còn tiếp tục tăng trưởng cao trong nhiều năm tới

Hiện nay nước ta có hiệp hội sản xuất xe hơi gọi tắt là VAMA gồm rất nhiều công

ty trong đó có các công ty lớn như Toyota, Ford, Honda, GM, Mercedes benz,

Isuzu…Các công ty này đang làm ăn rất phát đạt, đơn cử như Toyota luôn dẫn đầu thị

trường về số lượng xe bán ra Bên cạnh đó, cũng đã xuất hiện các doanh nghiệp của

người Việt Nam cũng đang ngày càng khẳng định tên tuổi của mình trong thị trường ô tô

như Trường Hải, Samco…Đây chính là dấu hiệu cho thấy sự khởi sắc của thị trường ô tô

Việt Nam Cùng với chính sách ủng hộ của Nhà Nước, trong thời gian không xa nữa nền

công nghiệp ô tô của Việt Nam sẽ có điều kiện tiến xa hơn nữa

Tuy nhiên kéo theo sự phát triển đó là những lo ngại về cơ sở hạ tầng không đáp

ứng kịp, không khí ô nhiễm (do nước ta chưa áp dụng các tiêu chuẩn khí thải cao mà chỉ

mới áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 2) Đại đa số xe tại thị trường nước ta không lắp

bộ xử lí khí thải vì nó làm tăng giá thành của xe, bên cạnh đó ta còn nhập xe cũ từ nước

ngoài nên chất lượng của xe có thể không đạt tiêu chuẩn khí thải

Hiện nay, xu hướng sử dụng xe tiết kiệm nhiên liệu và không gây ô nhiễm môi

trường đang rất thịnh hành tại nhiều nước phát triển Chính từ nhu cầu rất lớn đó, mà các

hãng trên thế giới đều có chương trình nghiên cứu riêng, như hãng Toyota đã rất thành

công với dự án G21, từ dự án này hãng đã trình làng chiếc xe lai rất nổi tiếng là Toyota

Prius Hiện nay, nhu cầu sử dụng xe lai rất cao và hứa hẹn trong vài năm tới sẽ thay thế

dần dòng xe truyền thống

Tại Việt Nam xe lai vẫn còn nhiều người biết về nó Đề tài “NGHIÊN CỨU HỆ

THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN XE LAI VÀ MÔ PHỎNG CÁC KIỂU TRUYỀN

ĐỘNG PHỔ BIẾN TRÊN XE LAI HIỆN NAY” bắt nguồn từ nhu cầu thực tế đó để giúp

cho mọi người có khái niệm và cái nhìn toàn diện về dòng xe lai từ đó có sự lựa chọn

thích hợp theo nhu cầu của mình Đề tài này sẽ đi sâu vào phân tích và mô phỏng các hệ

thống truyền động của xe lai

Đề tài này sẽ là một nguồn tài liệu tham khảo có giá trị cho những đối tượng đang

học tập, làm việc và nghiên cứu trong lĩnh lực ô tô nói chung và cho sinh viên ngành Cơ

khí Động lực tại trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh nói riêng

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 3

I Đối tượng nghiên cứu 3

II Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 3

III Những vấn đề còn tồn tại 5

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 8

I Mục đích của đề tài 8

II Phương pháp nghiên cứu 8

III Nội dung 9

III.1 Giới thiệu các bộ phận chính của xe lai 9

III.2 Các hệ thống truyền động của xe lai và mô phỏng truyền động 15

III.3 Tính toán động học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất 30

IV Kết quả nghiên cứu 43

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 44

I Kết luận 44

II Đề nghị 44

III Hướng phát triển của đề tài 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Các chuyên gia kinh tế cho rằng thị trường ô tô tiềm năng trong thế kỉ 21 sẽ chuyển dịch từ các nước Đông Âu và Châu Mỹ La Tinh sang các nước Đông Nam Á, Trung Á,

và cuối cùng là Châu Phi Theo dự báo số lượng ô tô ở Châu Á Thái Bình Dương sẽ tăng

từ 0,7 chiếc/1.000 dân năm 1985 lên 10 chiếc/1.000 dân vào năm 2020 và lên 20 chiếc /1.000 dân vào năm 2060 Sự gia tăng mật độ ô tô dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải quyết

đó là sự quá tải của cơ sở hạ tầng và ô nhiễm môi trường

Xe lai có rất nhiều ưu điểm so với xe hơi truyền thống Thứ nhất, là khả năng tích lũy năng lượng tạm thời của ắc-quy để có thể sử dụng khi nhu cầu về điện năng lớn Động cơ đốt trong cũng có thể được sử dụng hiệu quả hơn ở các chế độ tải cao vì thế góp phần làm cho việc sử dụng nhiên liệu tốt hơn

Một đặc điểm quan trong khác là động cơ đốt trong có thể kết hợp với các nguồn năng lượng khác, do đó có thể sử dụng động cơ đốt trong có kích thước và công suất nhỏ hơn nhưng vẫn đảm bảo công suất của xe, từ đó giảm bớt được sự tiêu thụ nhiên liệu và thải ra ít khí thải hơn Động cơ đốt trong luôn được hoạt động tại chế độ tải và số vòng quay tối ưu do đó động cơ đốt trong đạt hiệu suất rất cao, đồng thời tiêu thụ nhiên liệu cũng ít hơn

Thêm vào đó với công nghệ phục hồi lực phanh, giúp cho xe lai nâng cao được hiệu suất hoạt động Khi phanh động cơ điện sẽ có chức năng như là máy phát giúp cho xe giảm tốc độ động thời biến đổi lượng nhiệt năng bị mất mát khi xảy ra ma sát giữa má phanh và trống phanh thành điện năng và tích lũy cho ắc-quy điện áp cao Động cơ đốt trong trên xe lai không phải lúc nào cũng làm việc, khi không cần thiết nó có thể ngừng hoạt động do đó tiết kiệm được nhiên liệu

Từ những lý do như trên nên việc nghiên cứu, tiềm hiểu về hệ thống truyền động và tiến xa hơn là chế tạo xe lai phù hợp với điều kiện Việt Nam là việc làm cần thiết và đó cũng chính là đối tượng nghiên cứu chủ yếu của đề tài

II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Ngay nay, công nghệ chế tạo ô tô phát triển rất nhanh, ngày càng hoàn thiện và đi theo các hướng sau:

● Hoàn thiện hệ thống điều khiển, nâng cao tốc độ xử lí và trang bị thêm tiện nghi trong xe

● Nâng cao hiệu suất của xe và giảm chất thải gây ô nhiễm môi trường

● Sử dụng các nguồn năng lượng mới trên ô tô thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch

Hiện nay có rất nhiều hãng ô tô lớn trên thế giới đi sâu vào nghiên cứu và phát triển dòng xe hơi sạch không gây ô nhiễm môi trường, hiệu suất cao Trong đó có “xe lai”

mà đi tiên phong là hãng Toyota, Honda…Sự ra đời của ô tô lai được xem là bước tiến vuợt bậc đã mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp ô tô thế kỉ 21

Xu hướng phát triển ô tô trên thế giới

HSD: Hybrid Synergy Drive – Dẫn động trợ lực lai

FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle – Xe lai dùng pin nhiên liệu

HV: Hybrid Vehicle – Xe lai

THS: Toyota Hybrid System – Hệ thống lai của Toyota

DPNR: Diesel Particulate NOX Reduction – Giảm NOx và muội than trên động cơ

Diesel

D-4: Direct Injection 4 stroke – Động cơ 4 kỳ phun trực tiếp

Lean Burn: Động cơ đốt nghèo

DPR: Diesel Particulate active Reduction System – Hệ thống giảm thiểu muội than

trên động cơ Diesel

EV: Electric Vehicle – Xe điện

CNG: Compressed Natural Gas – Khí thiên nhiên hóa lỏng

VVT-i: Variable Valve Timing with intelligence – Hệ thống đóng mở xú-páp thông

minh

Theo hình trên ta thấy ô tô hiện nay có thể được phân ra làm bốn dạng: động cơ xăng, động cơ Diesel, động cơ điện và động cơ sử dụng năng lượng thay thế Trong đó, động cơ xăng và động cơ dầu đã có nguồn gốc lâu đời, và ngày nay đang được cải tiến rất nhiều về mặt công nghệ chế tạo lẫn tính năng nên hiệu suất hoạt động được nâng lên khá cao Nhưng do quá phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, nên sự phát triển bị hạn chế và nhường chỗ cho các phương tiện sạch

Động cơ điện và động cơ ga tuy còn nhiều hạn chế trong công nghệ nhưng triển vọng để phát triển là rất lớn Hiện nay xe lai được xem là loại tốt nhất khi nó có sự kết hợp những ưu điểm nổi bật của động cơ đốt trong và động cơ điện Với khả năng tiết kiệm nhiên liệu và ít gây ô nhiễm môi trường nó luôn nằm trong chiến lược hỗ trợ của các chính phủ (như Mỹ, Thụy Điển, Đức) Với sự hỗ trợ từ chính phủ và chính sách phát triển dòng xe lai của các hãng xe trên thế giới, theo các chuyên gia dự đoán thế kỉ 21 sẽ là

kỷ nguyên của dòng xe lai

Hiện nay nước ta có hiệp hội sản xuất xe hơi gọi tắt là VAMA gồm rất nhiều công

ty trong đó có các công ty lớn như Toyota, Ford, Honda, Isuzu…Các công ty này đang làm ăn rất phát đạt Bên cạnh đó, cũng đã xuất hiện các doanh nghiệp của người Việt Nam cũng đang ngày càng khẳng định tên tuổi của mình trong thị trường ô tô như Trường Hải, Samco…Đây chính là dấu hiệu cho thấy sự khởi sắc của thị trường ô tô ở Việt Nam, cùng với chính sách ủng hộ của Nhà Nước thì trong thời gian không xa nữa nền công nghiệp ô tô của Việt Nam sẽ rất phát triển

Tuy nhiên với sự khũng hoảng kinh tế, giá nhiên liệu biến động không ngừng thì những xe có công suất lớn, tiêu tốn nhiều nhiên liệu sẽ không phù hợp với điều kiện của nước ta Do đó, dòng xe lai với khả năng tiết kiệm nhiên liệu, ít ô nhiễm môi trường sẽ là

sự lựa chọn thích hợp với người dân vì giá thành của nó cũng chỉ ngang với xe Innova nhưng hiệu quả lại cao hơn

Tuy việc nghiên cứu và ứng dụng xe lai của Việt Nam chưa có những kết quả khả thi nhưng trong thời gian gần đây tại Tp Hồ Chí Minh đã xuất hiện một vài chiếc xe lai với nhãn hiệu Lesux như RX400h, giá của nó khi nhập vào Việt Nam cũng không đắt hơn bao nhiêu so với Camry 3.5Q Điều này hứa hẹn xe lai rất có cơ sở để tiếp tục là sự lựa chọn của người dân Việt Nam

III NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI

Sự phát triển ngành giao thông vận tải và công nghiệp chế tạo ô tô ở các nước đều thực hiện theo định hướng giảm nhẹ sự tác động của hai vấn đề đến kính tế -xã hội và đời sống

1 Giảm tải cho cơ sở hạ tầng

Giải quyết vấn đề này liên quan đến công tác quy hoạch đô thị và nâng cấp hệ thống giao thông, mở rộng đường, thiết kế các nút giao thông, xây dựng các bãi đậu xe,

và mặt khác cần lựa chọn kích cỡ ô tô phù hợp Ở đây ta chỉ bàn đến kích cỡ của ô tô

Trong vài năm gần đây kích cỡ và kiểu dáng ô tô thay đổi rất đáng kể, người ta chọn ô tô nhỏ vì nó gọn nhẹ, chiếm ít diện tích trong gara và chịu thuế thấp hơn Chính vì thế các loại xe nhỏ gọn như Peugeot 205, Ford KA … bán rất chạy Trên thị trường Châu

Á các nhà sản xuất ô tô cũng rất quan tâm trong việc chế tạo các dòng xe nhỏ như chiếc Matiz của GM là một ví dụ điển hình

Trong điều kiện cơ sở hạ tầng của nước ta chưa phát triển kịp với tốc độ dân số và phương tiện lưu thông thì ô tô nhỏ là một lựa chọn rất phù hợp

2 Giảm ô nhiễm môi trường - xu hướng ô tô sạch

Dân số của thế giới ngày càng tăng và nhu cầu muốn sở hữu được một chiếc xe hơi ngày càng nhiều Chính điều đó đã dẫn đến một vấn đề rất đáng lo ngại là sự ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính và sự leo thang của giá nhiên liệu Cụ thể:

™ Không khí bị ô nhiễm và sự ấm dần lên của trái đất

Sự ấm lên của trái đất được xem là mối nguy hiểm lớn nhất đang đe dọa đến thế giới của chúng ta Nguyên nhân chính gây ra sự thay đổi khí hậu chính là từ các chất khí độc thuộc nhóm “khí nhà kính”, trong đó khí cơ bản gây nên sự nóng lên của trái đất là Carbon Dioxide (CO2) Việc sử dụng các nguồn nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch như than, dầu mỏ hay gaz đã thải ra môi trường một lượng lớn khí CO2 và điều đó gây ra hiệu

ứn nhà kính

Kéo theo sự ấm lên của trái đất, thời tiết khí hậu cũng diễn biến ngày càng phức tạp, thường xuyên xuất hiện các cơn bão nhiệt đới, hạn hán, lũ lụt ngày càng trầm trọng hơn Sự thay đổi của khí hậu cũng ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người, số người mắc bệnh ung thư ngày càng nhiều Ngày nay các căn bệnh lạ xuất hiện nhiều hơn,

đe dọa sức khoẻ và tính mạng của con người

Một trong những nguyên nhân chính gây ra điều này bắt nguồn từ lượng khí thải của động cơ đốt trong trên xe Chỉ riêng tại Châu Âu lượng khí CO2 mà xe hơi thải ra

chiếm 15% trong tổng số khí gây hiệu ứng nhà kính (theo Eurostat 2004), tại Mỹ lượng

khí CO2 xe hơi thải ra chiếm 1/3 lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (theo Cheon 2003)

™ Sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu không thể tái sinh

Nền kinh kinh tế ngày nay, trong đó ngành công nghiệp còn phụ thuộc quá nhiều vào nguồn nhiên liệu không tái sinh Hiện nay, chúng ta phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhiên liệu hóa thạch và chủ yếu trong ngành công nghiệp điện, ngành giao thông vận tải

và công nghiệp sản xuất Vấn đề chính là nguồn nhiên liệu này có giới hạn và cách duy nhất để duy trì sự cung cấp này là con người phải tìm ra nhiều mỏ dầu khác

Với đà tăng trưởng kinh tế hiện nay, xuất hiện ngày càng nhiều các nước tiêu thụ nhiều dầu mỏ như Trung Quốc, Ấn Độ, vì thế năng lực duy trì nguồn cung nhiên liệu không tái sinh dường như không thể hứa trước những điều tốt đẹp Hiện nay nhu cầu sử dụng đang vượt quá xa nhu cầu cung cấp từ các nước thuộc hiệp hội dầu mỏ (OPEC) Điều đó đã ảnh hưởng rất lớn trong quá trình kinh doanh, làm giá cả leo thang

Chính từ nhu cầu bức thiết đó đòi hỏi chính phủ các nước không có sự lựa chọn nào khác là phải hạn chế sự phụ thuộc quá nhiều vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, chủ yếu

là dầu mỏ Yêu cầu tiên quyết được đặt ra là phải tìm ra nguồn năng lượng mới thay thế từng bước nguồn nhiên liệu hoá thạch

™ Tạo ra các phương tiện vận tải thân thiện với môi trường

Chính từ nguyên nhân gây ấm lên của trái đất, giá nhiên liệu leo thang và các quy định nghiêm ngặt về khí thải của các nước đối với xe hơi, các công ty sản xuất ô tô lâm vào tình trạng khủng hoảng trong việc kinh doanh Để vượt qua thời kì khó khăn này buộc các công ty phải nghiên cứu chế tạo ra các dòng xe hơi mới thỏa mãn hai tiêu chí:

● Giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hoá thạch

● Giảm thiểu khí gây hiệu ứng nhà kính và ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Từ đó đã có rất nhiều ý tưởng và khái niệm mới hình thành nhằm đáp ứng các yêu cầu trên Ta biết xe hơi dùng nhiên liệu hóa thạch trong quá trình dẫn động là một trong những nguồn đóng góp lớn nhất trong việc gây ô nhiễm môi trường, đồng thời cũng là nguồn tiêu thụ nhiều nhiên khá nhiều Chính vì thế ô tô sạch không gây ô nhiễm môi trường (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ô tô hiện nay Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây đó là sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô như khí hoá lỏng LPG, khí thiên nhiên, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid)

Trong giai đoạn này, có thể nói cách giải quyết tối ưu nhất là sử dụng xe lai điện (Hybrid electric vehicle - HEV) đây là dòng ô tô dùng nhiều nguồn năng lượng theo công thức:

Nhưng tại sao lại không dùng xe điện thuần túy (Electric vehicle) Đây có lẽ là loại ô tô sạch nhất vì không có khí thải nhưng tiếc thay xu hướng phát triển này lại không

có triển vọng nhiều bởi những trở ngại chính như sự hạn chế của hành trình, ắc-quy ngày nay dung lượng vẫn chưa đủ lớn để có thể thỏa mãn một hành trình dài mà không cần nạp lại và thời gian tái nạp khá dài Sự ra đời của xe lai chính là nhằm khắc phục sự hạn chế

về hành trình của xe điện đồng thời nó cũng đã chứng minh được khả năng tuyệt vời

trong việc tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải gây hiệu ứng nhà kính

Động cơ đốt trong + động cơ điện = dòng xe lai HV (Hybrid Vehicle)

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Giảm ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ ô tô phát ra, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hoá thạch, nâng cao công suất và hiệu suất của xe Đây là môt loạt những vấn đề đặt ra cho các nhà khoa học mà hầu như không bao giờ có được đáp số cuối cùng Tiếp tục nghiên cứu, cải tiến, hoàn thiện là những việc làm trước mắt và trong tương lai của ngành công nghiệp ô tô

Trong điều kiện Việt Nam, để theo kịp với xu hướng của thế giới Nhà nước phải

có những chính sách hợp lý, các nhà chuyên môn phải có những nghiên cứu hiệu quả cùng chung tay phát triển ngành giao thông nước nhà theo hướng kinh tế và thân thiện với môi trường Đề tài này “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN XE LAI VÀ MÔ PHỎNG CÁC KIỂU TRUYỀN ĐỘNG PHỔ BIẾN TRÊN XE LAI HIỆN NAY” không nằm ngoài mục đích trên và nó mang tính cơ sở cho các bước nghiên cứu tiếp theo

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tham khảo tài liệu và thực hiện mô phỏng:

• Tham khảo các tài liệu, các kết quả nghiêu cứu và các phát phát minh, sáng chế trong lĩnh vực xe lai từ Internet

• Biên tập nội dung, viết kịch bản

• Thực hiện mô phỏng các cấu hình truyền động lai bằng Macromedia Flash

• Thiết kế các Slide trình chiếu trên Microsoft Powerpoint có liên kết các hình động đã mô phỏng

III NỘI DUNG

III.1 Giới thiệu các bộ phận chính của xe lai

Một chiếc xe lai có rất nhiều bộ phận, nhưng quan trong nhất là các bộ phận sau:

- Động cơ đốt trong

- Động cơ điện

- Máy phát

- Bộ phân chia công suất (PSD – power split devide)

- Bộ điều khiển công suất (PCU – power control unit)

- Ắc-quy điện áp cao

- Bên cạnh đó cũng có một vài bộ phận không kém phần quan trọng như hệ thống

làm mát

Trên xe lai của hãng Toyota sử dụng động cơ đốt trong có thể kết hợp với động cơ điện khi làm việc để đạt đến hiệu suất cao nhất, đồng thời có khả năng chạy tiết kiệm khi đang sử dụng động cơ điện dẫn động Đối với xe của hãng Toyota cũng như nhiều hãng sản xuất xe lai khác, đã ứng dụng những công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu suất, cụ thể:

™ Giảm kích cỡ của động cơ

Đối với xe lai nhà chế tạo dùng động cơ có kích thước nhỏ hơn so với với các động cơ truyền thống Động cơ đốt trong ở đây không được thiết kế để tạo ra công suất lớn nhất theo yêu cầu khi xe tăng tốc hay khi leo dốc đứng Khi cần một chạy với tốc độ cao trong quãng đường dài hay chỉ cần vượt xe khác hoặc khi cần leo dốc cao, thì hệ

Bộ xử lý trung tâm (ECU HV)

Cảm biến vị trí số

Ắc-quy điện cao áp

Hộp điều khiển phanh Cảm biến vị trí bàn đạp ga

thống điều khiển của xe sẽ yêu cầu sự giúp đỡ từ động cơ điện nhằm cung cấp thêm công suất hỗ trợ cho động cơ

™ Chu kì có tỉ số giản nở cao (chu kì Atkinson/Miller)

Đối với các xe truyền thống thì động cơ đốt trong sử dụng chu trình Otto Đối với

xe lai, hãng Toyota qua nhiều lần thực nghiệm đã quyết định sử dụng động cơ có dung tích 1.5 lít đối với xe Prius vì nó đem lại nhiều ưu điểm nhất, bên cạnh đó nó sử dụng chu trình Atkinson thay vì sử dụng chu trình Otto, đây là một trong những chu trình có hiệu suất nhiệt và tỉ số giãn nở cao nhất Bởi tỉ số giãn nở [(thể tích kì giãn nở + thể tích buồng cháy)/(thể tích buồng cháy)] đã được tăng lên bằng cách giảm thể tích buồng cháy của động cơ đốt trong, và buồng đốt được cách li chỉ sau khi lực sinh công của kì nổ vừa kết thúc, điều đó làm nâng cao công suất do kì nổ tạo ra

Ở các động cơ truyền thống, thể tích kì giãn nở và thể tích kì nén gần như là một giá trị đồng nhất, tỉ số nén [(thể tích kì nén + thể tích buồng cháy)/(thể tích buồng cháy)]

và tỉ số giản nở về cơ bản là tương đồng với nhau, đây là điểm không thuận lợi của các động cơ dùng chu trình Otto Do đó khi chúng ta cố gắng thay đổi tỉ số giản nở của động

cơ thì đồng thời nó cũng làm gia tăng tỉ số nén của động cơ Vì vậy kết quả tất yếu xảy ra

là gây kích nổ và đó chính là điểm giới hạn cho việc gia tăng tỉ số giãn nở

Ở chu trình Atkinson thì việc đóng xú-páp nạp được thực hiện trễ lại, và trong hành trình đầu tiên của kì nén (khi piston bắt đầu đi lên), xu-páp nạp vẫn mở, khi đó một phần lượng khí nạp đã vào xy-lanh quay ngược trở lại cổ góp nạp, có tác dụng làm trì hoãn thời gian bắt đầu kì nén của động cơ Theo biện pháp này, ta thay đổi tỉ số giãn nở nhưng không làm thay đổi tỉ số nén của động cơ

™ Hiệu quả cao

Động cơ được trang bị hệ thống VVT-I (Variable Valve Timing-intelligent) để điều chỉnh thời gian đóng mở xu-páp theo điều kiện hoạt động của xe, để xe luôn đạt hiệu suất cao nhất Ngoài ra, động cơ dùng buồng đốt có kết cấu đặc biệt giúp cho sự lan truyền tia lữa điện nhanh chóng trong toàn bộ buồng đốt trong Với hiệu suất nhiệt cao kết hợp với sự giảm cả về kích cỡ và trong lượng của thân động cơ qua việc sử dụng xy-

Áp suất trong xylanh

P (MN/m 2 )

lanh chế tạo bằng hợp kim nhôm, và cổ ống hút gọn, v.v.giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của động cơ

™ Nâng cao công suất đầu ra

Tốc độ của động cơ tăng từ 4500v/ph lên 5000v/ph, do đó cải thiện được công suất đầu ra Một số bộ phận như xéc-măng có độ căng thấp hơn, lò xo xu-páp thì làm nhỏ lại, kết quả làm giảm sự mất mát công suất do ma sát Xa hơn, việc tăng số vòng quay lên thêm 500 v/ph đã làm cho số vòng quay của máy phát nhanh hơn, gia tăng lực dẫn động trong suốt quá trình khi xe tăng tốc và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu

Động cơ điện đã và đang được phát triển dựa

trên những công nghệ mà hãng Toyota đã phát triển

trong quá trình nghiên cứu dòng xe điện Hệ thống

THS-II (Toyota hybrid system II) sử dụng động cơ

điện đồng bộ xoay chiều có khả năng tạo ra momen

cao tại tốc độ thấp và có công suất đầu ra cao Nó

được thiết kế không có chổi than, sử dụng dòng

điện xoay chiều, và nam châm vĩnh cửu; rotor được

làm từ các lá thép kỹ thuật điện làm cho nó có hiệu

suất cao Ngoài ra, với cách xắp xếp các nam châm

vĩnh cửu theo cách tối ưu nhất dưới dạng hình chữ

V, vì thế momen dẫn động được cải thiện rõ rệt và

công suất đầu ra được tăng lên đáng kể

Điều đó cộng với việc kết hợp được công

suất đầu ra lớn hơn bằng cách gia tăng công suất do

điện áp cao cung cấp (điện áp cung cấp có thể lên

tới 500V) Do đó, công suất đầu ra tăng lên gấp 1.5 lần so với hệ thống trước đó là THS, công suất đạt đến 50kW từ 33kW của hệ thống trước đó, ngay cả với mô-tơ có cùng kích

cỡ, nó cũng tạo ra công suất lớn nhất trên một đơn vị khối lượng hay trên một đơn vị thể tích

Để điều khiển được động cơ điện, người ta đã phát triển một hệ thống điều khiển quá trình điều biến hoạt động khi mô-tơ đang ở dãy tốc độ trung bình, thêm vào đó nó cũng tồn tại các phương pháp điều khiển khi mô-tơ hoạt động tại tốc độ thấp và tốc độ cao Với cách thức thay đổi bề rộng của xung, làm cho công suất đầu ra của mô-tơ khi hoạt động tại dãy tốc độ trung bình được tăng lên, lớn nhất có thể tăng xấp xĩ đến 30%

Mô-tơ điện của xe Toyota Prius

Sơ đồ mặt cắt ngang động cơ điện

Trên xe lai hiện nay động cơ điện được lắp đặt theo các cách sau:

cơ có công suất khoảng 50 mã lực vào mỗi bánh xe, cách thiết kế này giúp cho việc kiểm soát momen đến mỗi bánh xe được dễ dàng Ngoài ra, điều này giúp làm giảm bớt các bộ phận cơ khí phức tạp (hộp số, vi sai…) Các bộ phận, mô-tơ và ổ trục bánh xe sẽ được chuyển đổi một cách nhanh chóng và dễ dàng mà không tốn nhiều dây dẫn và vật liệu Tuy nhiên, với cách xắp xếp này lại cần nhiều hơn các hệ thống phân phối công suất điện

và một số thiết bị khác Do đó, giá thành của xe sẽ rất cao

động cơ có công suất 100 mã lực Nó sẽ có sự linh động thấp hơn so với loại trên và cũng cần có vi sai ở mỗi trục, nhưng giá thành của xe sẽ giảm

thường đặt ở cầu trước để dẫn động các bánh xe Trong thực tế có bao gồm cả ắc-quy HV nên nó chiếm nhiều diện tích hơn so với các xe thông thường chỉ dẫn động với duy nhất động cơ điện

Cũng giống như động cơ điện, máy phát của xe cũng dùng loại đồng bộ xoay chiều Để có thể cung cấp cho đầu ra của động cơ điện một công suất đầy đủ thì máy phát phải quay ở tốc độ rất cao, qua đó để có thể gia tăng công suất đầu ra Cách thức được dùng là tăng số vòng quay lên cao nhất có thể từ 6.500v/ph lên tới 10.000v/ph Với tốc độ quay rất cao như vậy, bên trong có chứa 8 cực nam châm vĩnh cữu, nó có khả năng tạo ra một lượng công sưất rất lớn cho quá trình nạp ắc-quy và cung cấp thêm công suất theo yêu cầu từ động cơ điện Ngoài ra, máy phát còn có chức năng như một bộ phận khởi động động cơ Khi khởi động, máy phát làm quay bánh răng mặt trời trong bộ phân chia công suất do đó tạo ra momen làm quay động cơ

Với tốc độ rất cao của máy phát nó làm gia tăng khả năng cung cấp công suất cho

xe tại dãi tốc độ cao, qua đó gia tăng hiệu suất tăng tốc của xe khi xe chạy tại tốc độ thấp

và trung bình Kết quả, khả năng kết hợp tối ưu giữa công suất đầu ra của mô-tơ điện và của động cơ đốt trong được cải thiện rõ ràng

Đồ thị quan hệ momen, công suất và tốc độ của máy phát

Tốc độ (vòng/phút) Tốc độ (vòng/phút)

4 Bộ phân phối công suất (Power split device)

Hệ thống truyền động chính của xe lai bao gồm bộ phân chia công suất (bộ bánh răng hành tinh), máy phát, động cơ điện và hệ thống bánh răng giảm chấn Nhiệm vụ của

bộ phân chia công suất là cho phép công suất từ động cơ đốt trong đến dẫn động máy phát và các bánh xe chủ động cùng một lúc Theo cách thức này công suất từ động cơ được đi theo hai con đường, một là theo truyền động cơ khí, hai là theo truyền động điện

Ngoài ra nó còn lấy momen của động cơ điện để dẫn động các bánh xe chủ động Trong quá trình hoạt động, trục truyền công suất của động cơ đốt trong được thông qua cần dẫn bộ bánh răng hành tinh Khi cần dẫn quay nó sẽ truyền chuyển động đến bánh răng bao và bánh răng mặt trời thông qua các bánh răng hành tinh Trục quay của bánh răng bao được nối trực tiếp với động cơ điện và truyền lực để dẫn động kéo bánh xe chủ động, trong khi đó trục quay của bánh răng mặt trời được nối với máy phát

Bao gồm các thiết bị sau:

- Bộ đổi điện động cơ điện

- Bộ đổi điện máy phát

- Thiết bị tăng điện áp

Cấu tạo bộ phân phối công suất (PSD-Power Split Device)

Bộ bánh răng hành tinh

Cần dẫn nối trục

khuỷu động cơ

Bánh răng mặt trời nối (MG1)

Bánh răng mặt hành tinh Bánh răng bao nối (MG2) Động cơ Máy phát

Mô-tơ

Bộ điều khiển điện tử được xem như là bộ não của một chiếc xe lai Nó đảm nhận việc phân phối công suất giữa ắc-quy, máy phát, động cơ điện và bộ phân chia công suất Nhiệm vụ của bộ chuyển đổi điện là điều khiển và biến đổi dòng điện một chiều từ

ắc quy thành dòng điện xoay chiều để dẫn động động cơ điện, và biến đổi ngược lại thành dòng có điện áp 12V để nạp cho ắc-quy phụ Thêm vào đó với việc tích hợp mạch công suất điện áp cao vào bộ chuyển đổi, nó làm tăng điện áp cung cấp từ 202V lên tới điện áp cực đại là 500V Dựa trên mối quan hệ công suất = điện áp* dòng điện, với việc tăng điện

áp ta có thể giảm dòng điện cung cấp, từ đó tạo điều kiện cho nhà thiết kế chế tạo bộ đổi điện có kích thước nhỏ gọn hơn

¾ Mạch công suất điện áp cao

Với việc tích hợp mạch điện áp cao trong bộ chuyển đổi công suất, điện áp của động

cơ điện và máy phát đã được tăng từ 274V (đối với hệ thống THS ban đầu) lên 500V đối với hệ thống truyền động thế hệ mới “lai trợ lực” (Hybrid synergy drive-HSD) Thiết bị IGBT (insulated Gate Bipolar Transistor) sẽ chuyển đổi dòng điện có điện áp 202V của mạch ban đầu lên 500V Kết quả, chỉ cần sử dụng dòng điện nhỏ đối với động cơ điện, qua đó góp phần nâng cao hiệu suất của hệ thống

Trên xe lai thế hệ mới của hãng Toyota đang sử dụng loại ắc-quy có hiệu suất cao,

đó là ắc-quy nickel-metal hydride Nó nhẹ hơn so với các loại ắc-quy trên xe lai thế hệ cũ đến 14% và dung luợng đầu vào/ đầu ra của nó cao hơn 35% Với những cải tiến về công nghệ đã làm cho ắc-quy trên xe lai trở thành ắc-quy có dung lượng lớn nhất so với các ắc-quy có cùng trọng lượng và kích cỡ

Đạt được điều đó là do nhà chế tạo đã làm giảm đi rất nhiều điện trở trong của quy bằng cách sử dụng các vật liệu có cấu trúc hoàn toàn mới làm cầu nối giữa các ngăn của ắc-quy, hay cải tiến các vật liệu để chế tạo điện cực Bên trong ắc-quy gồm 28 ngăn nhỏ gọi là ắc-quy đơn, mỗi ắc-quy đơn có điện áp 7.2V được mắc nối tiếp với nhau, do

ắc-đó điện áp thực sự của ắc-quy là 201.6V Nó cung cấp điện năng để dẫn động động cơ điện và nạp điện năng từ máy phát, do đó nó không cần phải nạp điện ngoài như các ắc-quy thông thường Công suất đầu ra của ắc-quy là 21 kW

Thêm một đặc điểm rất quan trọng là sự sụt áp đã giảm đi 23% so với các ắc-quy thông thường Vì thế, ắc-quy giữ được điện năng lâu hơn khi nó không sử dụng Hiện nay, hãng Toyota cũng trang bĩ bộ xử lí ắc-quy ECU, tích hợp trên ắc-quy điện áp cao, nó

có nhiệm vụ kiểm soát điều kiện nạp của ắc-quy và điều khiển hoạt động của hệ thống quạt làm mát

Hệ thống làm mát này sử dụng bơm nước để làm mát bộ đổi điện, MG1, MG2 Hệ thống này được phân ra từ hệ thống làm mát của động cơ Nó hoạt động khi người tài xế bật công tắc máy Bộ tản nhiệt của nó được tích hợp với bộ tản nhiệt của động cơ

Sơ đồ hệ thống làm mát

Để điểu khiển hoạt động của ắc-quy HV, động cơ điện, máy phát trên xe lai sử dụng bộ xử lí ECU HV (Electronic control unit hybrid vehicle) Đây là thiết bị thu nhận thông tin từ các cảm biến, sau đó xử lí các tín hiệu này và gửi thông tin đến các cơ cấu chấp hành như ECM (Electronics Control Module), thiết bị đổi điện, bộ xử lí ECU của ắc-quy và hệ thống điều khiển phanh trung tâm để từ đó đưa ra phương thức điều khiển tương ứng với điều kiện chuyển động của xe

HV ECU điều khiển hoạt động của MG1, MG2, động cơ đốt trong theo momen

Sự hoạt động của nó chủ yếu dựa trên những thông tin từ cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí bàn đạp ga Nếu bộ xử lí gặp trục trặc thì nó sẽ điều khiển sự hoạt động của xe theo dữ liệu đã được mặc định trong bộ nhớ

III.2 Các hệ thống truyền động của xe lai và mô phỏng truyền động

Hiện nay có nhiều biện pháp kỹ thuật ứng dụng đối với hệ thống truyền động lai, những chiếc xe lai được sản xuất trong thời gian gần đây được phát triển theo ba hướng:

đó là sự tích hợp máy khởi động – máy phát của hãng GM, còn hãng Honda thì phát triển

hệ thống tích hợp mô-tơ phụ trợ và cuối cùng là hãng Toyota vẫn đang theo đuổi hướng dẫn động lai hiệp trợ

Bình chứa

Bộ tản nhiệt cho động cơ

Bộ tản nhiệt

cho bộ đổi

1 Hệ thống tích hợp máy phát – máy khởi động (BSG – Belt Generator)

Starter-Hệ thống này sử dụng một động cơ điện kết hợp với việc sử dụng ắc-quy có dung lượng nhỏ hơn so với các hệ thống truyền động khác đang được ứng dụng trên ô tô lai cùng loại có mặt trên thị trường Nó có một sự khác biệt với kiểu dẫn động truyền thống thường thấy trên ô tô (động cơ dẫn động máy phát bằng dây đai), hệ thống này sử dụng kiểu dẫn động mới có công suất cao hơn đó là dẫn động tích hợp giữa máy khởi động với máy phát Bên cạnh đó hệ thống này có điểm rất đáng chú ý là nó sử dụng hệ thống điện

42 V (hãng Honda sử dụng hệ thống điện 150V, Toyota sử dụng hệ thống điện 300V) Điều này đã đem lại một số thuận lợi như giảm được kích cỡ của hệ thống truyền động, hay loại bỏ được bộ chuyển đổi momen cho hộp số tự động

Tuy nhiên nó cũng còn mắc phải những hạn chế chẳng hạn như: sự kết hợp giữa máy khởi động-máy phát tạo ra công suất tương đối thấp từ chỉ từ 10 kW đến 12 kW, hệ thống này cũng có khả năng phục hồi lực phanh nhưng tương đối ít Chính vì vậy, ở một mức độ nào đó hệ thống này không còn gây được sự quan tâm của các nhà sản suất ô tô như trước đây Tuy nhiên vẫn còn một số nhà sản xuất sử dụng hệ thống này để ứng dụng

ở các dòng xe nhỏ, tiêu biểu là hãng GM với chiếc xe Saturn Vue SUV

vụ chính là giúp khởi động xe và giúp máy phát thu hồi năng lượng khi xe chạy tại tốc độ thấp Bên cạnh đó nó cũng đóng vai trò như một máy khởi động và đồng thời còn là nơi cung cấp điện chủ yếu cho các hệ thống khác trong xe Do động cơ điện được nối cứng với động cơ đốt trong nên khi mô tơ điện quay thì động cơ đốt trong cũng quay theo, nhưng lúc đó động cơ đốt trong không cần thiết phải sinh công

Hệ thống tích hợp máy phát – máy khởi động

Trên chiếc Honda Civic Hybrid nhà chế tao đã cho ba trong bốn xy-lanh của động

cơ ngừng làm việc trong quá trình xe đang giảm tốc Hiện nay với những tiến bộ về công nghệ, các nhà chế tạo có thể cho cả bốn xy-lanh của động cơ ngừng làm việc khi xe đang giảm tốc và chạy ở chế độ tiết kiệm nhiên liệu, và điều này đã được ứng dụng thành công trên chiếc Honda Civic 2006 Ngoài Honda Civic thì Honda Accord cũng ứng dụng công nghệ này, tuy nhiên nó chỉ có thể làm mất tác dụng ba trong sáu xy-lanh của động cơ V6 khi xe chạy ở chế độ tiết kiệm nhiên liệu và giảm tốc

3 Hệ thống dẫn động trợ lực của Toyota (HSD – Toyota Hybrid Synergy Drive)

Đây là một hệ thống đang được sử dụng trên xe Toyota Prius, hệ thống này có đặc điểm hoàn toàn khác so với hệ thống IMA của hãng Honda Bộ phận chính của hệ thống này là hệ thống phân chia công suất mà đã được phát triển bởi hãng Aisin và Toyota Hệ thống HSD cũng đang được áp dụng trên các dòng xe sang trọng và dòng xe địa hình như Lesux RX400h, Toyota Highlander và Ford Escape Hệ thống phân chia công suất thay thế hệ thống truyền động của xe với bộ bánh răng hành tinh đơn và mô-tơ điện /máy phát Song song đó, hệ thống còn trang bị mô-tơ điện /máy phát có công suất lớn hơn và được gắn cố định với bộ truyền động cuối cùng của xe luôn chuyển động với bánh xe Bộ bánh răng hành tinh phân chia momen xoắn của động cơ cho mô-tơ điện/máy phát thứ nhất (MG1) với động cơ điện dẫn động (MG2)

Động cơ điện/

Máy phát

Truyền động cuối cùng Hộp số

Mô-tơ điện /máy phát một (MG1) sử dụng momen của động cơ để làm hai nhiệm vụ

là nạp điện cho ắc-quy và hỗ trợ một phần điện năng đến mô-tơ dẫn động (MG2) Tốc độ của mô-tơ điện/máy phát thứ nhất (MG1) sẽ quyết định đến mối quan hệ về tốc độ giữa động cơ đốt trong với các bánh xe dẫn động Trong trường hợp này bộ bánh răng hành tinh cho phép tốc độ hoạt động của động cơ đốt trong hoàn toàn độc lập với tốc độ của

xe, giống như truyền động vô cấp

Ngoài ra, bộ phân chia công suất còn có ưu điểm là giúp cho xe tiết kiệm nhiên liệu đáng kể khi xe thường xuyên di chuyển trong thành phố Tuy nhiên khi xe chạy trên đường cao tốc nó vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu như mong đợi do mô-tơ điện /máy phát đầu tiên (MG1) phải luôn quay ở tốc độ tương đối cao để duy trì tỷ số truyền hợp lý

4 Hệ thống truyền động kép của hãng GM (GM Dual-Mode Hybrid system)

Đây là một dự án lớn của hãng GM và Daimler Chrysler (gần đây có sự tham gia của hãng BMW) nhằm phát triển một hệ thống xe lai mới trong tương lai trên cơ sở kế thừa hệ thống truyền động đã được hãng GM phát triển và ứng dụng cho dòng xe tải nặng như xe bus trong thành phố Hệ thống này sử dụng truyền động ly hợp kết hợp với hai động cơ điện Cũng tương tự như hệ thống phân chia công suất của hãng Toyota, những động cơ điện trên hệ thống này cũng có khả năng điều khiển tỉ số tốc độ giữa động cơ đốt trong với tốc độ của xe

Sơ đồ hệ thống dẫn động trợ lực của hãng Toyota HSD – Toyota Hybrid Synergy Drive.

Bộ bánh răng hành tinh

Truyền động cuối cùng

Bánh xe

Ắc-quy

Bộ đổi điệnMG1

MG2 Động cơ

Trên đây là các hệ thống truyền động đã và đang được ứng dụng trên các ô tô lai hiện nay Tuy mỗi hệ thống có những cách bố trí truyền động khác nhau nhưng nhìn chung các ô tô lai hiện nay đều được bố trí theo hai cách chính Phần bên dưới sẽ trình bày chi tiết hai cách phân loại cấu hình truyền động thông dụng trên xe lai

¾ Phân loại truyền động lai theo cấu trúc truyền động

Các loại xe lai đang có mặt trên thị trường hiện nay phổ biến nhất vẫn là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và tối thiểu có một động cơ điện Động cơ đốt trong có thể là động cơ xăng hay Diesel, cùng với nó là các bộ phận tích trữ năng lượng và ở đây chính

là bình ắc-quy hoá học, hoặc cũng có thể là ắc-quy cơ học như bánh đà, tụ điện

Hệ thống truyền động của xe bao gồm động cơ điên, động cơ đốt trong, ly hợp, hộp

số và có rất nhiều cách thức bố trí

1 Truyền động song song

Hiện nay cấu hình truyền động song song là loại cấu hình được ứng dụng khá phổ biến trên xe lai Ở hình thức truyền động song song, cả động cơ đốt trong hay động cơ điện hoặc có thể cả hai là nguồn cung cấp momen xoắn, trực tiếp đến dẫn động đến các bánh xe

Ly hợp 1 Bánh xe

Ly hợp 2

Bộ bánh răng hành tinh 1

Bộ bánh răng hành tinh 2 Động cơ

M/G1

Ắc-quy

Truyền động cuối cùng

Sơ đồ hệ thống truyền động kép của hãng GM

GM Dual-Mode Hybrid system

Nguyên lí làm việc cơ bản của hệ thống truyền động song song, là động cơ điện dùng để giúp xe khởi động và chuyển động ở tốc độ thấp, còn tốc độ của động cơ đốt trong được lựa chọn với tay số truyền hợp lý để giúp cho tốc độ của nó luôn nằm trong giới hạn cho phép Sau đó động cơ điện được dùng để hỗ trợ thêm momen cho động cơ đốt trong nhằm giúp nó luôn hoạt động với hiệu suất cao nhất ngoài ra động cơ điện còn được dùng để tái sinh lực phanh và dùng năng lượng đó nạp cho ắc-quy Đối với cấu hình này các nhà thiết kế đã tích hợp thêm trên nó rất nhiều hệ thống ích lợi cho người sử dụng, vì thế việc điều khiển và vạch ra các phương pháp điều khiển giữ một vị trí rất quan trọng

Chức năng cơ bản của hệ thống điều khiển chính là làm cho hệ thống truyền động của xe luôn phù hợp với điều kiện truyền động thực tế của khi xe di chuyển trên đường

Ví dụ, động cơ đốt trong sẽ không bao giờ được phép hoạt động tại chế độ cầm chừng Còn khi xe đang dừng hay giảm tốc thì động cơ đốt trong sẽ ở trạng thái không hoạt động, chỉ có duy nhất mỗi động cơ điện là nguồn cung cấp momen xoắn chủ yếu cho việc dẫn động xe trên đường Trong trường hợp cần phải đáp ứng momen kéo lớn hơn như khi

xe tăng tốc, leo dốc thì cả động cơ đốt trong và động cơ điện sẽ hoạt động kết hợp với nhau Không phải chỉ khi cần cung cấp momen kéo lớn hơn mà còn khi xe tận dụng năng lượng từ việc phục hồi lực phanh cũng cần sự kết hợp của cả hai nguồn động lực trên Tuỳ thuộc vào thiết kế mà các yếu tố tác động đến hoạt động của xe cũng biến đổi khác nhau Tuy nhiên người thiết kế phải chọn lựa một yếu tố là tốc độ thấp nhất của xe

mà tại đó động cơ đốt trong được tách ra khỏi hệ thống truyền động của xe Ngoài ra họ cũng phải quyết định momen xoắn tối thiểu để đủ khả năng làm quay động cơ đốt trong Bên cạnh đó các hệ thống phụ trên xe như hệ thống lái, hệ thống điều hoà có thể hoạt động độc lập với động cơ, tức là không cần động cơ kéo thông qua đai dẫn động Các hệ thống này hoạt động nhờ điện năng cung cấp bởi động cơ điện, điều đó giúp các

hệ thống này hoạt động hiệu quả hơn, bởi khi đó các hệ thống này luôn quay tại tốc độ không đổi không phụ thuộc vào tốc độ động cơ nhanh hay chậm

Sơ đồ truyền động song song

Bộ điều khiển

Ly hợp

Động cơ điện Động cơ đốt

trong

Ắc-quy

Hộp số

Vi sai

Trong các kiểu truyền động song song đang tồn tại hiện nay có nhiều cách thức bố trí khác nhau Tuy nhiên, chỉ có ba cách thức bố trí phổ biến nhất:

• Kiểu thứ nhất

Ở cấu hình truyền động kiểu cổ điển, có sự kết hợp giữa truyền động truyền thống là động cơ đốt trong kết hợp với truyền động ‘ắc quy-động cơ điện’ Cả hai hệ thống truyền động này được nối trực tiếp với cần dẫn động của hộp số hay với bánh xe dẫn động Hầu hết những chiếc xe sử dụng cấu hình này đều có thể chạy ở các chế độ riêng biệt như: chỉ duy nhất với động cơ đốt trong, hay chế độ kết hợp giữa động cơ và mô tơ điện hoặc có thể chạy như một chiếc xe điện đơn thuần

Trong lúc động cơ đốt trong là nguồn cung cấp momen dẫn động chính cho xe thì động cơ điện giữ nhiệm vụ tái sinh lực phanh và nạp điện cho ắc quy Chế độ kết hợp chỉ được thực hiện khi người sử dụng có những yêu cầu về momen kéo lớn Khi chạy trong thành phố với yêu cầu nghiêm ngặt về khí thải và tiết kiệm nhiên liệu thì xe hoạt động như một chiếc xe điện thông thường

TR: Hộp số

ICE: Động cơ đốt trong

EM: Động cơ điện

BAT: Ắc quy

Whells: Các bánh xe

Hệ thống truyền động song song kiểu 1

● Kiểu thứ hai: thường được gọi là động cơ phụ “engine assist”

Trong cấu hình truyền động này một động cơ điện được gắn trên bánh đà của động

cơ đốt trong Động cơ này giúp dẫn động xe khi xe chạy ở tốc độ thấp và ở trạng thái khí

xả là không Nó còn có chức năng như là máy khởi động cho động cơ đốt trong, ngoài ra động cơ điện còn hỗ trợ thêm momen xoắn cho động cơ đốt trong tại số vòng quay thấp

và cung cấp thêm một phần công suất tối đa khi cần thiết Trong quá trình phanh, vào lúc động cơ đốt trong đang dẫn động thì động cơ điện hoạt động như là một máy phát khi đó

nó chuyển đổi cơ năng thành điện năng rồi nạp cho ắc quy

● Kiểu thứ ba: là kiểu truyền động đang trong quá trình thử nghiệm và hiện nay

chỉ được sử dụng trên các mẫu xe thử nghiệm, nhưng hứa hẹn sẽ phát triển trong thời gian tới Hệ thống này bao gồm hai hệ thống truyền động riêng biệt, một hệ thống dẫn động bánh trước còn hệ thống còn lại dẫn động bánh sau