HỆ THỐNG điều KHIỂN XE HYBRID PRIUS 2005

Khái quát hệ thống hybrid, mạch điện điều khiển hệ thống trên xe toyota Prius 2005 Mục lục: Chương 1:Khái quát 1.1: Tóm tắt 1.2:Phân loại cấu tạo Chương 2: Mạch điện hệ thống điều khiển HV ECU 1.1: Giới thiệu 1.2: Các mạch điện phần của HV ECU Chương 3: Mạch điện hệ thông ăc quy HV 1.1: Giới thiệu 1.2: Các mạch điện thành phần Chương 4: Mạch điện hệ thống động cơ ECM Chương 5: Hệ thống biến tần biến áp. 1.1: Tóm tắt 1.2: Các mạch điện thành phần CHƯƠNG 6: CHUẨN ĐOÁN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID PRIUS 2005 GVHD: GV.ThS Huỳnh Quốc Việt SVTH : LÊ QUANG BÃO MSSV : 14145009 NGUYỄN ĐỨC BÌNH MSSV :14145011 NGUYỄN HỒNG KHÁNH MSSV : 13145119 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  Tên đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID PRIUS 2005 GVHD : GV.ThS Huỳnh Quốc Việt SVTH : LÊ QUANG BÃO MSSV : 14145009 NGUYỄN ĐỨC BÌNH MSSV :14145011 NGUYỄN HỒNG KHÁNH MSSV : 13145119 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2019 Mục lục: Chương 1:Khái quát 1.1: Tóm tắt 1.2:Phân loại cấu tạo Chương 2: Mạch điện hệ thống điều khiển HV ECU 1.1: Giới thiệu 1.2: Các mạch điện phần HV ECU Chương 3: Mạch điện hệ thông ăc quy HV 1.1: Giới thiệu 1.2: Các mạch điện thành phần Chương 4: Mạch điện hệ thống động ECM Chương 5: Hệ thống biến tần/ biến áp 1.1: Tóm tắt 1.2: Các mạch điện thành phần CHƯƠNG 6: CHUẨN ĐỐN CHƯƠNG KHÁI QT 1.1 Tóm Tắt Ơ tơ hybrid dịng xe sử dụng động tổ hợp, kết hợp động chạy lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động điện lấy lượng điện từ ắc-quy cao áp Điểm đặc biệt ắc-quy nạp điện với chế nạp “thông minh” xe phanh, xuống dốc…, gọi trình phanh tái tạo lượng Nhờ mà ôtô tiết kiệm nhiên liệu vận hành động điện đồng thời tái sinh lượng điện để dùng cần thiết 1.2 Phân loại cấu tạo Hybrid nối tiếp (series hybrid) loại sử dụng mô tơ điện dẫn động trực tiếp tới bánh xe Động đốt có nhiệm vụ chạy máy phát điện Đây dạng nguyên sơ động hybrid Do khả vận hành không tốt, hiệu lượng mức vừa phải, nên dạng hybrid khơng cịn sử dụng phổ biến Hybrid song song (Parallel Hybrid) động đốt cung cấp lực kéo cho bánh xe Động điện đóng vai trị hỗ trợ cho động xăng, xe cần gia tốc nhanh Ngồi ra, lượng pin cịn lại đủ lớn, động điện thay động xăng để hoạt động điều kiện xe di chuyển chậm, không cần nhiều sức mạnh Trong điều kiện này, việc sạc lại pin đến từ hệ thống tái tạo lượng từ lực phanh (Regenerative Braking) không đến từ mô tơ điện Những mẫu xe trang bị hybrid song song cho khả vận hành tốt, hiệu nhiên liệu cải thiện phần Hybrid nối tiếp/ song song (series-parallel hybrid) loại kết hợp hai loại trên, cấu hybrid phức tạp có chi phí sản xuất cao Nhờ chia công suất, lượng từ động đốt động điện biến thiên liên tục bổ trợ cho giúp xe có hiệu hoạt động tốt Cơ cấu hoạt động luân phiên giúp cụm pin xe lúc sạc đầy Xe vận hành chế độ lái động điện (EV-mode), hữu ích di chuyển điều kiện giao thông đông đúc Đây dạng xe lai hybrid tiên tiến sử dụng nhiều mẫu xe hybrid CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HV ECU Tóm tắt Hình 1: Sơ đồ ngun lý hệ thống diều khiển HV HV ECU nhận thông tin từ cảm biến từ ECU hệ thống khác ECM ECU ắc quy, ECU điều khiển phanh, ECU điều khiển hệt hống lái, dựa thơng tin đó, moment xoắn tính tốn cơng suất đầu yêu cầu HV ECU gửi kết tính tốn tới ECM , hệ thống biến tần, ECU điều khiển phanh HV ECU điều khiển genorator, motor, động cơ, kiểm sốt phanh tái sinh tình trạng sạc HV ắc quy Những yếu tố xác định chuyển đổi vị trí cần số, vị trí bàn đạp ga tốc độ xe HV ECU giám sát tình trạng sạc nhiệt độ ắc quy, genorator, motor, để tối ưu kiểm soát thiết bị Khi chuyển đổi vị trí số N, HV ECU ngắt điện để dừng genorator motor Nếu khơng có lực kéo bánh xe chủ động, HV ECU thực chức kiểm soát lực kéo động để kiềm chế quay motor, để bảo vệ bánh hành tinh ngăn chặn genorator phát điện mức Để bảo vệ mạch điện cao áp đảm bảo hiệu tắt máy, HV ECU sử dụng role để kết nối ngắt mạch điện áp cao Sơ đồ mạch điện thành phần hệ thống điều khiển HV 2.1 Mạch điện nguồn HV ECU Hìn h 2: Sơ đồ mạch điện nguồn HV ECU Chân nguồn BATT sử dụng cho nhớ HV ECU làm việc liên tục ECU nguồn cung cấp tín hiệu thơng qua chân IG2D điều khiển đóng rờ le IG2 cho tín hiệu qua chân IGSW HV ECU HV ECU cấp tín hiệu qua chân MREL để điều khiển đóng IGCT rờ le, cấp nguồn cho HV ECU có tín hiệu từ chân IGSW Tín hiệu khởi động từ chân ST2 với tín hiệu từ chân ST1 cùm cơng tắc đèn phanh xác định có đạp phanh hay khơng Nếu có đạp phanh đủ điều kiện để khởi động xe Khi khởi dộng xe ECU nguồn gửi tín hiệu khởi động từ chân STSW đến chân ST2 HV ECU để khởi động xe Khi khởi động xe ECU nguồn truyền tín hiệu từ chân AM1 đến đóng rờ le IG1 để cấp điện cho rơ le bơm nước Chân WP chân tín hiệu từ HV ECU điều khiển đóng rờ le bớm nước để bơm nước hoạt động hệ thống lạnh làm việc 2.2 Mạch điện hệ thống điều khiển hành trình CCS Hình Sơ đồ mạch điện cơng tắc điều khiển hành chình Cơng tắc điều khiển hành trình hoạt động chế độ khác nhau, thiết lập chế độ tín hiệu cơng tắc HV ECU thơng qua chân CCS sau HV ECU dựa vào tín hiệu để thiết lập chế độ yêu cầu 2.3 Mạch điện hộp số vị trí đỗ xe Hình Sơ đồ mạch điện hộp số vị trí đỗ xe Khi cơng tắt Parking kích hoạt tín hiệu xe chuyển tới HV ECU qua chân P1 Sau HV ECU truyền tín hiệu qua chân PCON đến ECU hộp số để điều khiển số đỗ xe P sau nhận tín hiệu từ chân PCON ECU A/C có tín hiệu xác nhận truyền từ ECU hộp số thông qua chân PPOS HV ECU Chân RDY chân tín hiệu đèn READY CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG ẮC QUY HV Giới thiệu chung 10 Hình Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống ắc quy HV Vai trị của hệ thống ắc quy Hybrid để theo dõi tinh trạng hệ thống ắc quy HV thông qua việc sử dụng ECU ắc quy truyền thông tin tới HV ECU Hơn hệ thống điều khiển điều khiển quạt làm mát ắc quy để trì nhiệt độ thích hợp cho hệ thống ắc quy HV Việc ECU ắc quy sử dụng mạng CAN (Controller Area Network) để trì thơng tin với thiết bị khác: HV ECU, ECM ECU A/C Hệ thống ắc quy liên tục xả tăng tốc sạc lại khả phanh tái sinh giảm tốc lái xe ECU ắc quy tính tốn tình trạng sạc ắc quy HV dựa điện áp, dịng điện, nhiệt độ sau gửi kết đến HV ECU Kết điều khiển sạc xả thực HV ECU tùy thuộc vào trạng thái ắc quy HV Nếu cố xảy ra, ECU ắc quy thực chức an toàn bảo vệ hệ thống ắc quy HV phù hợp với mức độ cố Để kiểm soát gia tăng nhiệt độ hệ thống ắc quy HV xe chạy ECU xác định kiểm soát chế độ hoạt động hệ thống quạt làm mát ắc quy theo nhiệt độ hệ thống ắc quy HV thông qua cảm biến nhiệt độ Mạch điện thành phần hệ thống điều khiển ắc quy 2.1 Mạch điện nguồn ECU ắc quy 11 Hình Sơ đồ mạch điện nguồn ECU ắc quy Khi ECU phát tín hiệu để đóng rờ le IG2 cấp điện cho chân IG2 sau HV ECU điều khiển tín hiệu điện thơng qua chân MREL đóng rơ le IGCT để cáp nguồn cho ECU ắc quy Chân AM chân cấp nguồn cho ECU ắc quy dùng cho việc lưu trữ nhớ xác định điện áp ắc quy 2.2 Mạch điện quạt ắc quy HV Hình Sơ đồ điện hệ thống quạt ắc quy 12 ECU ắc quy điều khiển tín hiệu thơng qua chân FCTL1 đóng rờ le quạt số để hệ thống quạt ắc quy hoạt động Bộ điều khiển mơ tơ quạt ắc quy điều khiển tín hiệu qua chân VM để mô tơ quay nhanh hay chậm tùy theo chế độ chân VM ECU ắc quy có nhiệm vụ giám sát hoạt động motor quạt ắc quy 2.3 Mạch điện ắc quy HV Hình Sơ đồ mạch điện hệ ắc quy HV Mạch ăc quy có 14 khối khối ắc quy có ắc quy đơn HV ECU kiểm soát hoạt động khối ắc quy để so sánh điện áp khối ắc quy bât kỳ hệ thống, qua HV ECU kiểm soát lỗi, cố điều khiển hoạt động nạp xả ắc quy với tín hiệu khác nhiệt độ ắc quy Các chân VBB chân ECU ắc quy dùng để kiểm soát điện áp khối ắc quy đơn (14.4V) hệ thống ắc quy HV, cho biết điện áp ắc quy điện áp khối khác hay không 2.4 Sơ đồ mạch điện cảm biến dịng điện 13 Hình Sơ đồ mạch điện cảm biến dòng điện ắc quy HV Cảm biến dòng điện ắc quy dùng để phát dòng điện vào ắc quy HV Tín hiệu dịng điện nhận thơng qua chân IB ECU ắc quy, qua xác định đucợ dòng điện nạp xả ắc quy HV tính tốn tình trạng nạp ắc quy HV thông qua đánh giá cường độ dịng điện Cảm biến dịng điện truyền tín hiệu điện áp vào chân IB ECU ắc quy, điện áp thay đổi từ 0V đến 5V tỉ lẹ với cường độ dòng điện cao áp Một điện áp đầu cảm biến với 2,5V cho thấy hệ thống ắc quy HV sạc 2,5V cho thấy hệ thống xả ECU ắc quy xác định sạc xả cường độ dòng điện hệ thống ắc quy HV dựa tín hiệu đầu vào chân IB tính tốn tình trạng sạc ắc quy HV qua đánh giá cường độ dòng điện Chân VIB chân cung cấp nguồn tới cảm biến CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Giới thiệu chung Với giá trị nhận từ cảm biến thông tin từ hệ thống khác HV ECU, ECU điều khiển phanh, ECU cụm đồng hồ… ECM điều khiển tối ưu hóa chế độ làm việc động giảm khí thải, tăng cơng suất động ECM nhận giá trị cơng suất u cầu số vịng quay mục tiêu gửi từ HV ECU để điều khiển hệ thống ETCS-I, khối lượng nhiên liệu phun, thời gian đánh lửa thệ thống VVT-i ECM điều khiển xăng HC bầu lọc than hoạt tính phù hợp với tình trạng sử dụng động Sử dụng VSV cảm biến áp suất hơi, ECM phát rị rỉ xăng xảy bình xăng, bầu lọc than hoạt tính thơng qua thay đổi buồn áp suât Thời điểm đánh lửa xác định ECM dựa tín hiệu từ cảm biến khác ECM hiệu chỉnh thời gian đánh lửa để chóng kích nổ Khi ECM phát lỗi, dừng điều khiển động nhiệt theo liệu lưu trữ nhớ 14 CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG BIẾN ÁP/BIẾN TẤN Tóm tắt Hình 7: Mạch điện điều khiển biến áp/ biến tần Biến tần chuyển đổi dòng điện cao áp trực tiếp pin HV dòng điện xoay chiều cho MG1 / MG2 Biến tần chứa mạch cầu ba pha, bao gồm bóng bán dẫn cơng suất cho MG1 MG2, để chuyển đổi dòng điện chiều dòng điện xoay chiều ba pha ECU điều khiển HV điều khiển truyền động bóng bán dẫn điện Biến tần truyền mũ thông tin cần thiết để thực điều khiển, chẳng hạn cường độ dòng điện điện áp, đến ECU điều khiển HV 15 Hình 8: Đồ thị điện áp ECU điều khiển HV sử dụng cảm biến điện áp, tích hợp biến tần, để phát điện áp cao sau điều khiển tăng áp Cảm biến điện áp biến tần tạo điện áp thay đổi khoảng từ đến V phù hợp với thay đổi điện áp cao Điện áp cao cao, điện áp đầu cao điện áp cao thấp điện áp đầu thấp ECU điều khiển HV theo dõi điện áp biến tần phát cố Các mạch điện thành phần Hình 9: Mạch điện biến áp DC/DC 16 Bộ biến áp DC/DC: HV ECU sử dụng đường dây tín hiệu NODD để truyền lệnh dừng để chuyển đổi DC/DC nhận đucợ tín hiệu cho thấy điều kiện bình thường hay bất bình thường hệ thống sạc 12V HV ECU gửi tín hiệu chuyển đổi điện áp đầu tới chuyển đổi DC/DC qua đường tín hiệu VLO để chuyển đổi điên áp đầu theo tình trạng xe Hình 10: Mạch điện biến áp A/C Bộ biến áp A/C: Các chân STB, ETI, ITE, CLK HV ECU giao tiếp với biến áp tần A/C để kiểm soát hoạt động A/C qua HV ECU xác định lổi HV ECU cấp điện áp đầu vào cho tăng áp ( Boost converter) thông qua chân VL Chân CPWN chân tín hiệu từ HV ECU mà dựa vào tăng áp xác định điện áp đầu thời gian chuyển đổi dòng HV ECU truyền tới tăng áp tín hiệu CSDN để tắt tăng áp.Chân CT chân cảm biến nhiệt độ tăng áp Tín hiệu phát lỗi tăng áp truyền qua chân FCV Khi tăng áp vượt mức điện áp bình thường tín hiệu gửi từ tăng áp qua HV ECU thơng qua chân OVL 17 Hình 11 Mạch điện biến tần máy phát điện Bộ biến tần máy phát điện: Tín hiệu tắt phát GSDN từ HV ECU truyền tới biến tần máy phát, vị trí tay số N hay P GIVT chân tín hiệu nhiệt độ máy phát truyền tới HV ECU Các cảm biến dòng điện biến tần máy phát với chân GIVA, GIVB, GIWA, GIWB để phát cường độ dòng điện qua dây cáp pha V W biến thầng genorator Bộ biến tần truyền từ thơng tin cần thiết để HV ECU điều khiển cường độ dòng điện điện áp.HV ECU giám sát cảm biến biến tần để phát cố hệ thống cảm biến GUU, GVU, GWU tín hiệu điều khiển mà hệ thống biến tần/ biến áp nhận từ HV ECU để kiểm sốt dịng điện qua pha U, V, W genorator biền tần điều chỉnh thời gian chuyển đổi điện áp áp dụng cho genorator GFIV chân phát lỗi biến tần máy phát, kiểm sốt hoạt động biến tần máy phát có bình thường hay không Genorator: Các chân GRF, GSN, GCS chân tín hiệu kích từ máy phát từ HV ECU, kích từ máy phát hoạt động dừng thơng qua kiểm sốt vị trí cực từ cảm biến tốc độ 18 Hình 12 Mạch điện biến tần motor Bộ biến tần motor: HV ECU nhận tín hiệu cảm biến nhiệt độ máy phát thông qua chân MIVT Chân MSDN tín hiệu tắt motor từ HV ECU xe vị trí tay số N P Các cảm biến dòng điện biến tần motor với chân MIVA, MIVB, MIWA, MIWB để phát cường độ dòng điện qua dây cáp V W biến tần motor Bộ biến tần truyền thơng tin cần thiết để HV ECU điều khiển cường độ dòng điện điện áp Nếu biến tần motor có lỗi mạch, ngắn mạch nóng, biến tần truyền thơng tín đến chân MFIV HV ECU HV ECU theo dõi biến tần motor thông qua đường tín hiệu xác định lỗi OHV tín hiệu phát dòng biến tần máy phát 19 CHƯƠNG 6: CHUẨN ĐOÁN Bộ điều khiển trung tâm HV ECU có hệ thống tự chẩn đốn Nếu hệ thống điều khiển xe hybrid thành phần không hoạt động đúng, ECU thực chẩn đoán để phát trục trặc, chiếu sáng đèn cảnh báo đồng hồ kết hợp với số hình hiển thị, cảnh báo hệ thống HV, HV cảnh báo pin cảnh báo ngừng sạc Ký hiệu: Đèn cảnh báo sáng THS II ( Toyota Hybrid system II ) thất bại nhấp nháy chế độ kiểm tra Chẩn đoán cách kết nối thiết bị OBD II thiết bị intelligent tester, từ đọc liệu đầu từ ECU xe Jack nối iso 15031-4.OBD II yêu cầu máy tính xe xe chiếu sáng đèn thị (MIL) bảng điều khiển máy tính phát cố hệ thống kiểm soát khí thải, điều khiển truyền động Ngồi ra, mã lỗi chẩn đoán (DTC) áp dụng theo ISO 15031-4 ghi nhớ ECU điều khiển HV Nếu trục trặc không tái diễn lần liên tiếp, MIL tự động tắt Tuy nhiên, DTC ghi lại nhớ ECU điều khiển HV Để kiểm tra DTC, kết nối máy kiểm tra thông minh (DLC3) với Mô-đun giao diện xe CAN (CAN VIM) Thiết bị intelligent tester cho phép bạn xóa DTC kiểm tra liệu khung đóng băng khác dạng liệu THS II Các DTC bao gồm mã kiểm soát SAE mã nhà sản xuất kiểm soát 20 Kiểm soát SAE mã phải đặt theo quy định SAE, mã nhà sản xuất kiểm sốt đặt nhà sản xuất giới hạn quy định Dữ liệu Freeze: Dữ liệu ghi lại tình trạng cố phát Khi xử lý cố, giúp xác định xem xe di chuyển, phanh, đứng yên, đảo ngược KIỂM TRA DLC3 ECU điều khiển HV sử dụng ISO 15765-4 giao thức truyền thơng Bố trí thiết bị đầu cuối DLC3 tuân thủ ISO 15031-03 phù hợp với định dạng ISO 15765-4 21 ... việc hệ thống ắc quy HV Vai trị của hệ thống ắc quy Hybrid để theo dõi tinh trạng hệ thống ắc quy HV thông qua việc sử dụng ECU ắc quy truyền thông tin tới HV ECU Hơn hệ thống điều khiển điều khiển. .. ECU điều khiển đóng rờ le bớm nước để bơm nước hoạt động hệ thống lạnh làm việc 2.2 Mạch điện hệ thống điều khiển hành trình CCS Hình Sơ đồ mạch điện cơng tắc điều khiển hành chình Cơng tắc điều. .. nhiều mẫu xe hybrid CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HV ECU Tóm tắt Hình 1: Sơ đồ ngun lý hệ thống diều khiển HV HV ECU nhận thông tin từ cảm biến từ ECU hệ thống khác ECM ECU ắc quy, ECU điều khiển