Cấu Trúc Tổng Quan Về Hệ Thống Hybrid

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương III: Cấu Trúc Tổng Quan Về Hệ Thống Hybrid I Tổng quan: Prius từ la tinh có nghĩa “đi trước” Toyota chọn tên xe Prius tiên phong xe hybrid Với tăng trưởng dân số nhanh phát triển kinh tế thập kỉ gần cho kết tăng đột biến tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch quy mơ tồn cầu Đối mặt với thử thách tạo xe thân thiện với trái đất, Toyota sản xuất mẫu xe hybrid cung ứng giới Cấu trúc đơn giản hệ thống kết hợp đặc tính làm việc tốt động đốt mô tơ điện Nhiều hệ thống hybrid phức tạp hệ thống Toyota hybrid, lượng tái sinh khơng bị ma sát nhiệt hệ thống phanh sử dụng để bổ sung lượng cho động đốt hệ thống hybrid Những công nghệ kỹ thuật nâng cấp cho phép hệ thống hybrid đạt hiệu suất nhiên liệu tốt giảm lượng khí CO2 Khi xe Prius lần xuất xưởng, chọn xe du lịch trang bị động tốt giới vào năm 2001 Chiếc xe chọn xe hybrid lắp đặt đến chổ ngồi với khoan hành lý, xe kinh tế thân thiện với môi trường vào năm 2004, xe Prius hệ thứ giành phần thưởng xe đạt uy tín xe trang bị động tốt vào năm 2004 Hệ thống Toyota Hybrid (THS) dẫn động cho xe Prius hệ thứ hệ thống Toyota Hybrid II (THS-II) dẫn động cho xe Prius hệ thứ hai, hai tạo ấn tượng tính kinh tế nhiên liệu làm khí thải THS (2001-2003 prius) Thành phố 52 mpg Xa lộ 45 mpg SULEV THS-II (2004 sau ) Thành phố 60 mpg Xa lộ 51 mpg AT-PZEV + Tiêu chuẩn SULEV khoảng 75% nhiều khắc khe tiêu chuẩn ULEV gần 90% LEV khói xả + Tiêu chuẩn SULEV sinh HC suốt 100,000 dặm Toyota Hybrid System Trang 11 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Tiêu chuẩn AT-PZEV sử dụng tính cơng nghệ cao cấp để tạo phần lượng khí thải khơng nhiễm II Hệ thống hybrid: thành phần hệ thống hybrid: + Động đốt (ICE) + Mô tơ-máy phát (MG1) + Mô tơ-máy phát (MG2) + Bộ bánh hành tinh + Bộ chuyển đổi điện + Ắc qui điện áp cao (Ắc qui HV) + ECU điện áp cao ( ECU HV) Toyota Hybrid System Trang 12 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Hình 7: Sơ đồ tổng quan hệ thống hybrid + Động đốt (ICE): Sử dụng động xăng 1NZ-FXE 1.5l trang bị hệ thống VVT-I (hệ thống điều khiển thời điểm nạp thông minh) hệ thống ETCS-I (hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thơng minh) Hình 8: Động đốt (ICE) Toyota Hybrid System Trang 13 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Mô tơ-máy phát (MG1): Nó hoạt động giống thành phần điều khiển công suất bánh hành tinh Nó nạp điện cho Ắc qui điện áp cao cung cấp lượng điện để dẫn động Mô tơ-máy phát (MG2) Mô tơ-máy phát (MG1) điều khiển hiệu chức truyền động vô cấp hộp số hybrid MG1 làm việc máy khởi động Hình 9: Mơ tơ-máy phát MG1 + Mơ tơ-máy phát (MG2): MG2 dùng để tạo lực chuyển động cho xe hoạt động tốc độ thấp hổ trợ thêm lực kéo cho động xăng xe hoạt động tốc độ cao Nó cung cấp công suất trợ giúp thêm cho công suất động xăng cần thiết giúp xe đạt đặc tính động lực học tối ưu Nó có chức giống máy phát suốt trình phanh tái sinh Toyota Hybrid System Trang 14 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 10: Mô tơ-máy phát MG2 + Bộ bánh hành tinh: Bộ bánh hành tinh phân chia công suất MG1 kết nối với bánh mặt trời, MG2 kết nối với bánh bao trục đầu động xăng gắn với cần dẫn bánh hành tinh Những phần sử dụng để kết hợp phân phối công suất từ động xăng MG2, để nạp lại lượng cho ắc qui điện áp cao Hình 11: Bộ bánh hành tinh Toyota Hybrid System Trang 15 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Bộ chuyển đổi điện: Dòng điện MG1, MG2 Ắc qui điện áp cao điều khiển nhờ chuyển đổi điện Bộ chuyển đổi điện biến đổi dòng điện chiều Ắc qui điện áp cao thành nguồn điện xoay chiều, điều chỉnh dịng điện xoay chiều điện áp cao từ MG1 MG2 để nạp lại cho Ắc qui điện áp cao Hình 12: Bộ chuyển đổi điện + Ắc qui điện áp cao: Ắc qui lưu trữ lượng phục hồi MG2 suốt trình phanh tái sinh lượng tạo MG1 Ắc qui cung cấp điện đến mô tơ điện khởi động động xăng kết thúc công suất cần bổ sung yêu cầu THS (Prius hệ 2001-2003) 38 ngăn ắc qui niken-kim loại hydrua Tổng điện áp: 273.6V THS-II (Prius hệ 2004 sau) 28 ngăn ắc qui niken-kim loại hydrua Tổng điện áp: 201.6V Hình 13: Ắc qui điện áp cao Toyota Hybrid System Trang 16 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP III CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG HYBRID: + Khi khởi động chạy tốc độ thấp MG2 cung cấp lực chuyển động ban đầu Động xăng khởi động trạng thái nạp ắc qui điện áp cao mức thấp Khi tốc độ xe tăng lên 15-20 dặm/giờ động xăng khởi động + Khi chạy điều kiện bình thường, lượng động xăng chia thành hai phần: phần dẫn động bánh xe phần dẫn động MG1 để tạo điện ECU điện áp cao điều khiển tỉ lệ phân bố lượng cách hiệu + Trong thời gian tăng tốc tối đa Công suất tạo động xăng MG2 bổ sung lượng từ ắc qui điện áp cao Mômen động kết hợp với mômen MG2 chuyển thành công suất yêu cầu tăng tốc cho xe + Trong thời gian giảm tốc phanh, bánh xe dẫn động MG2 MG2 hoạt động máy phát cho việc phục hồi lượng tái sinh Năng lượng tái sinh từ trình phanh lưu trữ ắc qui điện áp cao CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN: (Xem mô phỏng) Hệ thống hybrid sử dụng nhiều chế độ khác để đạt hiệu hoạt động tốt tương ứng với điều kiện lái + Dừng: Nếu ắc qui HV xe nạp đầy xe khơng chuyển động, động xăng dừng Động xăng tự khởi động ắc qui HV cần nạp điện Ngoài ra, cơng tắc hệ thống điều hịa khơng khí chế độ MAX A/C chọn, prius hệ 01-03 động xăng tiếp tục chạy nhờ để dẫn động máy nén Prius Thế hệ 04 trở sau sử dụng máy nén điện Hình 14: Điều khiển dừng Toyota Hybrid System Trang 17 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Đã khởi động: Khi khởi động tải nhỏ bướm ga mở nhỏ, MG2 quay để cung cấp công suất, động xăng không chạy xe tiếp tục chạy lượng điện MG1 quay chiều ngược lại quay tốc độ cầm chừng, khơng tạo lượng điện Hình 15: Điều khiển lúc động khởi động + Chạy bình thường: Trong giai đoạn chạy tốc độ thấp(15-40 dặm/giờ), động xăng chạy cung cấp công suất MG2 quay làm việc mô tơ cung cấp cơng suất phụ thêm MG1 quay hướng động xăng, làm việc máy phát cung cấp điện cho MG2 Hình 16: Điều khiển chạy bình thường Toyota Hybrid System Trang 18 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Tăng tốc bướm ga mở hoàn toàn chạy giữ ga(hành trình) tốc độ cao: Trong trường hợp tăng tốc cực đại tốc độ 100 dặm/giờ MG2 tạo công suất hổ trợ công suất động xăng Ắc qui HV cung cấp lượng điện đến MG2 MG1 nhận điện từ ắc qui HV quay theo hướng đảo để tạo tỉ số OD(OverDrive-tỷ số truyền tăng) cho tốc độ cực đại Hình 17: Điều khiển chạy hết ga chạy hành trình + Giảm tốc phanh: - Ngay người lái nhả bàn đạp ga, MG2 trở thành máy phát MG2 quay bánh xe chủ động tạo điện để nạp cho ắc qui HV Quá trình gọi phanh tái sinh Khi xe giảm tốc, động xăng dừng chạy MG1 quay chiều ngược lại để trì tỉ số truyền - Khi nhấn bàn đạp phanh, hầu hết lực phanh ban đầu bắt nguồn từ phanh tái sinh lực yêu cầu để quay MG2 máy phát Phanh thủy lực cung cấp thêm lượng dừng xe chạy chậm lại Toyota Hybrid System Trang 19 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 18: Điều khiển giảm tốc phanh + Lùi: Khi xe chuyển động lùi, MG2 quay ngược làm việc mô tơ điện Động xăng không chạy, MG1 quay theo hướng thuận chế độ cầm chừng, khơng tạo điện Hình 19: Điều khiển chạy lùi Toyota Hybrid System Trang 20 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hiển thị đa năng: hiển thị đa lắp ráp bảng cụm điều khiển thiết bị chuẩn Màn hình LCD 7.0” có độ cảm ứng cao cho chức truy cập dể dàng Hình 20: Màn hình hiển thị điều khiển lượng Hình 20.1: Màn hình hiển thị tiêu thụ nhiên liệu Toyota Hybrid System Trang 21 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ điều khiển từ xa: Nó vừa có chức cấu chìa khóa khí thơng thường vừa có chức điều khiển đóng mở cửa từ xa khởi động động xăng mà khơng cần chìa khóa Bằng việc cho phép ECU thông minh nhận diện chìa khóa thơng minh phạm vi dị tìm Hệ thống khóa khơng khóa cửa khởi động hệ thống hybrid mà không sử dụng chìa khóa Hình 21 Khởi động hệ thống hybrid: Trên Prius hệ 01-03 dùng chìa khóa khí đưa vào ổ khóa đánh lửa thực theo thứ tự để khởi động động Prius hệ 04 sau:  Đưa chìa khóa vào ổ khóa  Đạp bàn đạp phanh  Ấn nút Power để lựa chọn vị trí OFF, ACC, IG-ON READY Đèn biểu thị cho biết chọn vị trí Hình 22: Khởi động hệ thống hybrid Toyota Hybrid System Trang 22 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nếu dùng khởi động từ xa:  Đạp bàn đạp phanh  Ấn nút power điều khiển từ xa  Để hủy bỏ ấn nút SMART bên vơ lăng Hình 24 Hình 23  chế độ OFF READY: đèn báo tắt Hình 25  Chế độ ACC: đèn màu xanh nhạt sáng Hình 26  Chế độ IG-ON: đèn màu hổ phách Toyota Hybrid System sáng Trang 23 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 27 Toyota Hybrid System Trang 24 ... Toyota Hybrid System Trang 12 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Hình 7: Sơ đồ tổng quan hệ thống hybrid + Động đốt (ICE): Sử dụng động xăng 1NZ-FXE 1.5l trang bị hệ thống VVT-I (hệ. .. khóa thơng minh phạm vi dị tìm Hệ thống khóa khơng khóa cửa khởi động hệ thống hybrid mà khơng sử dụng chìa khóa Hình 21 Khởi động hệ thống hybrid: Trên Prius hệ 01-03 dùng chìa khóa khí đưa... TỐT NGHIỆP + Tiêu chuẩn AT-PZEV sử dụng tính cơng nghệ cao cấp để tạo phần lượng khí thải không ô nhiễm II Hệ thống hybrid: thành phần hệ thống hybrid: + Động đốt (ICE) + Mô tơ-máy phát (MG1) +