So sánh hiệu suất truyền động và tính kinh tế nhiên liệu của các dạng cấu hình của xe Hybrid

So sánh hiệu suất truyền động và tính kinh tế nhiên liệu của các dạng cấu hình của xe Hybrid So sánh hiệu suất truyền động và tính kinh tế nhiên liệu của các dạng cấu hình của xe Hybrid So sánh hiệu suất truyền động và tính kinh tế nhiên liệu của các dạng cấu hình của xe Hybrid luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRỊNH HÙNG VĨ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN : SO SÁNH HIỆU SUẤT TRUYỀN ĐỘNG VÀ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA CÁC DẠNG CẤU HÌNH XE HYBRID CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.ĐÀM HỒNG PHÚC Hà Nội – Năm 2013 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu riêng hướng dẫn thầy giáo TS ĐÀM HOÀNG PHÚC đề tài thực mơn Ơ tơ xe chuyên dụng, viện khí động lực Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực chưa công bố cơng trình Việt nam Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2013 Tác giả Trịnh Hùng Vĩ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Các chữ viết tắt .6 Danh mục ký hiệu Danh mục bảng .7 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG XE HYBRID 10 1.1- Khái niệm chung xe Hybrid .10 1.2- Ưu điểm xe Hybrid .10 1.3- Nhược điểm xe Hybrid 10 1.4- Các loại xe Hybrid 10 1.5- Các phận xe Hybrid 11 1.5.1- Động Hybrid .12 1.5.2- Hộp số phân phối công suất (Hybrid Transaxle) 13 1.5.3- Mô tơ điện máy phát điện 14 1.5.4- Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) 15 1.5.5- Ắc quy điện áp cao (HV Battery - High Volt Battery) 16 1.5.6- Cáp nguồn 16 1.5.7- Ắc quy phụ 17 1.5.8- Các phận khác có cơng dụng hỗ trợ ơtơ Hybrid .17 1.6- Khái niệm hệ thống truyền động Hybrid 20 1.7- Tính linh hoạt hệ thống truyền động xe Hybrid .21 1.8- Phân tích cấu hình khác hệ thồng truyền động .23 1.8.1- Cấu hình truyền động Hybrid nối tiếp 25 1.8.2- Cấu hình truyền động Hybrid song song 28 1.8.3- cấu hình truyền động Hybrid kết hợp 29 1.9- Đánh giá ưu nhược điểm cấu hình khác hệ thống truyền động 30 1.10- Tỷ lệ sử dụng động mô tơ điện cấu hình truyền động Hybrid .31 1.11- Đặc tính cấu hình truyền động Hybrid 32 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ LÀM TĂNG TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU XE HYBRID 33 2.1- Phanh tái tạo 33 2.2- Giảm công suất động (động thu gọn) 33 2.3- Mô tơ hỗ trợ 37 2.4- Tắt động 37 2.5- Điều chỉnh công suất tiêu tốn thiết bị phụ trợ 38 2.6- Ngắt nhiên liệu khóa biến mô 40 2.7- Khởi động .41 2.8- Tính tốn tính kinh tế nhiên liệu Plug – in Hybrid 41 CHƯƠNG : SO SÁNH, TÍNH TỐN CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA XE HYBRID 44 3.1- Tính vận hành xe Hybrid .44 3.1.1- Điều khiển điện 44 3.1.2- Làm ấm nhanh .44 3.1.3- Khí động học .44 3.1.4- Sức cản lăn lốp .44 3.1.5- Trọng lượng xe 45 3.1.6- Hiệu suất động 45 3.1.7- Hệ thống truyền lực 46 3.1.8- Cải thiện chất bôi trơn: Ma sát chất ăn mòn 47 3.1.9- Nhiên liệu cải thiện 47 3.2- Vận tốc cực đại khả vượt dốc 48 3.3- Tính tốn tính kinh tế nhiên liệu chế độ hoạt động xe Hybrid,so sánh với xe trang bị động đốt 49 3.3.1- Xe sử dụng nhiên liệu .50 3.3.2- Hybrid chế độ dùng điện .51 3.3.3- Hybrid :Tất lượng chuyển qua ắc quy 52 3.3.4- Hybrid :Bỏ qua ắc quy 53 3.3.5- Kết luận sau tính toán chế độ 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Các chữ viết tắt MG1 Tổ hợp mô tơ điện – máy phát số MG2 Tổ hợp mô tơ điện – máy phát số 4WD Hệ thống dẫn động bốn bánh chủ động DC Điện chiều AWD Hệ thống dẫn động tất bánh xe CVT Hộp số vô cấp HTTL Hệ thống truyền lực HTTĐ Hệ thống truyền động ĐCĐT Động đốt KTNL Kinh tế nhiên liệu Danh mục ký hiệu Ký hiệu Nội dung Đơn vị FE Tính kinh tế nhiên liệu [ mpg] DT Quãng đường, tổng quãng đường [dặm] D0 Quãng đường, dùng điện [dặm] DE Quãng đường, động hoạt động [dặm] G mức tiêu hao nhiên liệu FED [gallons] Tính kinh tế nhiên liệu sử dụng plug-in Hybrid [mpg] D Lực cản khơng khí ρ Khối lượng riêng khơng khí V Tốc độ xe [m/s] CD Hệ số lực cản \ [N] [kg/m3] A diện tích cản diện xe [m2] M khối lượng xe [kg] G Gia tốc trọng trường [m/ ] η Hiệu suất \ Θ độ dốc, so với phương ngang \ P công suất N lượng nhiên liệu thùng chứa EG lượng bình chứa đầy nhiên liệu [kW] [Gallon] [kWh] ∆SOC Trạng thái nạp ắc quy % EG lượng ắc quy [kWh] Danh mục bảng Số hiệu Tên bảng Trang bảng 1.1 So sánh ưu nhược điểm kiểu hệ thống phối hợp 30 cơng Danh mục cácsuất hình vẽ, đồ thị Số hiệu hình 1.1vẽ Tên hình vẽ Trang Mơ hình tổng qt ơtơ Hybrid 12 1.2 Động Hybrid Honda 3-stage i-VTEC 13 1.3 Động Hybrid hãng Ford 13 1.4 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo phân phối công suất 14 1.5 Bộ chuyển đổi điện sơ đồ nguyên lý hoạt động 16 1.6 Ắc quy điện áp cao Toyota Prius 17 1.7 Ắc quy điện áp cao VW Touareg 17 1.8 Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao 18 1.9a Ắc quy phụ ôtô Hybrid 21 1.9b Các chế độ hoạt động hệ thống truyền động xe Hybrid 21 1.10 Phân loai xe Hybrid 24 1.11 Cấu hình truyền động xe Hybrid nối tiếp 25 1.12 Cấu hình truyền động Hybrid song song 28 1.13 Cấu hình truyền động Hybrid kết hợp 29 1.14 Các chế độ hoạt động hệ thống truyền động Hybrid 30 1.15 2.1 2.2 Tỷ lệ sử dụng động mơ tơ điện cấu hình truyền động Vì động Hybrid cải thiện tính kinh tế nhiên liệu Lợi ích việc giảm công suất động 31 33 34 Biểu diễn hiệu suất công suất tiêu tốn cho thiết bị 2.3 phụ trợ cải thiện để làm giảm công suất tiêu tốn 39 tiện nghi cách làm hiệu để làm tăng KTNL 3.1 3.2 3.2 Các thành phần hiệu suất cho xe nhiên liệu Các thành phần hiệu suất xe Hybrid cấu hình nối tiếp C ác t h àn h ph ầ n hi ệ u su ấ t xe Hybrid cấ u h ì nh n ố i ti ế p v i ắc quy đư ợ c b ỏ qu a 50 51 52 LỜI NĨI ĐẦU Sự phát triển cơng nghiệp đời sống đô thị dựa “nền văn minh dầu mỏ” làm khơng khí bị nhiễm chất thải khí HC,SO2, NO2, CO, chì, mồ hóng, tro chất bụi lơ lửng khác sinh trình đốt cháy nhiên liệu hay chất cháy khác Trước thách thức lớn để khắc phục vần đề khó khăn đó, ngành cơng nghiệp nói chung ngành cơng nghiệp ơtơ tìm cách cải tiến cơng nghệ, tìm giải pháp Đã có số cơng nghệ đại áp dụng cho xe hơi, số cơng nghệ Hybrid áp dụng rộng rãi ngành chế tạo ôtô.Các thương hiệu ô tô lớn mang cơng nghệ Hybrid vào dịng xe họ:Lexus, BMV, Mercedes, Volkswagen, Porsche, Audi, Toyota, Honda, Ferrari …Trong đó, Việt Nam đề tài nghiên cứu cơng nghệ Hybrid ơtơ cịn hạn chế Với thành công hứa hẹn công nghệ Hybrid nêu trên.Tôi mạnh dạn chọn đề tài nghiên cứu “So sánh hiệu suất truyền động tính kinh tế nhiên liệu dạng cấu hình xe Hybrid” làm đề tài luận văn Luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống truyền động Hybrid Chương 2: Phân tích yếu tố làm tăng tính kinh tế nhiên liệu xe Hybrid Chương 3: So sánh, tính tốn chế độ hoạt động xe Hybrid Phần kết luận: Về kết nghiên cứu đạt đề tài Đề tài hoàn thành, cố gắng thân với hướng dẫn tận tình, hết lịng thầy giáo hướng dẫn TS Đàm Hồng Phúc Tơi hồn thành đề tài Tuy nhiên, trình thực đề tài, khơng tránh khỏi thiếu sót, Tơi mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo độc giả quan tâm Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2013 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG XE HYBRID 1.1- Khái niệm chung xe Hybrid Ơ tơ Hybrid dịng ôtô sử dụng động tổ hợp Động Hybrid kết hợp động đốt thông thường với nguồn lượng khác Bộ điều khiển điện tử định sử dụng nguồn lượng nào, tức dùng động đốt trong, dùng nguồn lượng kia, dùng vận hành đồng bộ, đảm bảo hiệu suất tổng hợp hệ thống cao [1] 1.2- Ưu điểm xe Hybrid -Xe Hybrid làm giảm ô nhiễm môi trường động cơ, thân thiện với môi trường -Xe Hybrid đem lại tính kinh tế nhiên liệu cao so với xe động đốt -Xe Hybrid đáng tin cậy so với xe điện, có xăng nhiên liệu thay - Xe điện bị hạn chế hành trình dung lượng sạc ắc quy có hạn -Xe Hybrid phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống -Xe Hybrid có động nhỏ -Xe Hybrid tận dụng lượng phanh - Xe Hybrid công nhận phát triển, phổ biến tương lai 1.3- Nhược điểm xe Hybrid -Chi phí cao: xe Hybrid có giá cao giá xe động đốt phiên -Trọng lượng xe lớn xe thường có thêm hệ thống ắc quy -Trong trường hợp tai nạn, có nguy tiếp xúc với dây điện áp cao -Xe Hybrid có cơng nghệ phức tạp, khó sửa chữa bảo dưỡng -Phụ tùng thay chưa phổ biến khó tìm giá thành đắt 1.4- Các loại xe Hybrid 10 CHƯƠNG : SO SÁNH, TÍNH TỐN CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA XE HYBRID 3.1- Tính vận hành xe Hybrid 3.1.1- Điều kiểm điện Hệ thống điều khiển thuỷ lực sử dụng công suất lớn từ động để điều khiển bơm thuỷ lực cung cấp cơng suất lớn để điều khiển xe Điều khiển điện hiệu tiết kiệm nhiên liệu lơn Với xe chở khách, hệ thống 12V đủ để điều khiển; nhiên với xe lớn hệ thống 42V cần thiết 3.1.2- Làm ấm nhanh Để làm giảm ô nhiễm khởi động nhiệt độ thấp, phương pháp để làm nóng nhanh động cần thiết Đồng thời, nhiên liệu tiêu thụ giảm xuống 3.1.3- Khí động học Tại tốc độ đại, lực lớn tác động lên xe lực cản không khí Vào thập niên 30, cải thiện thực để làm giảm lực cản không khí Các thiết kế khí động học tập trung vào kiểu dáng dựa vào lý thuyết khoa học.Ở kỷ này, thiết kế khí động học tảng lí thuyết kiểm tra ống thổi mơ (CFD – động lực học dịng chảy) Ngạc nhiên số thiết kế thập niên 30 lại có hệ số cản tương đương với xe đại Lincoln Zephyr Chrysler Airflow thập niên 30 có hệ số cản tốt Nói sâu lực cản khí động học phần 3.2 3.1.4- Sức cản lăn lốp Sức cản lăn lốp thay đổi khoảng rộng Độ lớn sức cản phụ thuộc vào thiết kế lốp Một số lốp thiết kế để chạy nhanh nhanh đường vòng, lốp sử dụng cho loại xe mang tính động Một số lốp nhằm vào thoai mái cho hành trình với khả điều khiển linh hoạt Lốp xe thiết kế tính hao mịn thấp đạt độ bền cao 44 Giả thiết đầu tiền xe Hybrid thiết kế để đạt tối đa tính kinh tế nhiên liệu [FE] phải làm sức cản lăn tuyệt đối nhỏ đi; nhiên, thị trường xe lại thường cho trải nghiệm khác Trong thay đổi phiên model xe, Toyota thay đổi lốp Prius tiêu chuẩn từ chỗ hạn chế tối đa lực cản lăn sang nâng cao tính tiện nghi lái[6] Xe sử dụng hoạt động đường phức tạp (Là loại đường chưa lát hay khúc khuỷu địa hình chưa có đường xá) mang tải lớn thường khơng cần sử dụng lốp có sức cản lăn nhỏ 3.1.5- Trọng lượng xe Trọng lượng xe quan trọng tính kinh tế nhiên liệu Có cách tiếp cận; Thứ nhất; trọng lượng giảm việc sử dụng nguyên liệu nhẹ Thứ hai; khối lượng giảm xuống tối thiểu việc sử dụng phương pháp thiết kế tối ưu phần tử hữu hạn (FEM) phân tích ứng suất độ bền máy tính Cơng nghiệp hàng không vũ trụ sử dụng FEM sớm 10 năm so với ngành công nghiệp ô tô Giảm trọng lượng xe với ràng buộc Các tác nhân khác xem xét giá thành, độ bền, an toàn kết cấu, hiệu suất không đổi giảm khối lượng, sử dụng nguyên liệu tái chế Trang bị công nghệ tiên tiến, mục tiêu nghiên cứu DOE, giảm trọng lượng R & D (nghiên cứu phát triển – cải tiến công nghệ) làm giảm khối lượng khoảng 50% khối lượng xe kết cấu hệ thống phụ kèm, sử dụng nguyên liệu vừa phải, tăng việc sử dụng nguyên liệu dễ phân huỷ tái sinh, nguyên liệu phù hợp với trình sản xuất lớn[2] 3.1.6- Hiệu suất động Quãng đường xe thông thường xe Hybrid phụ thuộc vào hiệu động xăng diesel Một chủ đề quan trọng với xe Hybrid với xe thơng thường chu trình Atkinson (chu trình nhiệt động lực học lý tưởng) Một chủ đề khác nhận cần ý việc khôi phục nhiệt động 45 Mục đích khơi phục tỉ lệ nhiêt khí xả hệ thống tản nhiệt Một vài công nghệ động nhận ý hệ số lý tưởng (Stoichiometric), đánh lửa phun nhiên liệu trực tiếp Một chủ đề khác động Mercedes Benz Dies Otto đồng thời biết tên động đồng nạp - nén đánh lửa (HCCI) Việc kết hợp thông minh để cải thiện cơng suất, giảm khí thải, giảm tiêu hao nhiên liệu sử dụng vòi phun nhiên liệu kép Lexus V-6 xe thông thường xe Hybrid xe Lexus GS450h Vịi phun đặt buồng góp(cụm góp nạp) trực tiếp xilanh Buồng góp phun gọi cửa phun nhiên liệu Nhiên liệu phun qua buồng góp thông qua xupap nạp để vào xilanh Với ống phun kép, đồng thời vòi phun qua cửa phun sử dụng Tại vận tốc quay tải trọng cố định, q trình phun pha trộn Ví dụ, 2300 [rpm] bướm ga mở 50%, lượng phun gồm 30[%] qua cửa phun 70[%] phun trực tiếp[4] Ngắt hoạt động xilanh (Deactivation), biết u cầu cần thiết (DoD), thích hợp với động Công nghệ cho kết hiệu suất cải thiện 10-15[%][4] Cơ cấu phân phối khí trục cam đỉnh (DOHC) cho phép hệ thống điều khiển xuppap xupap nạp lẫn xupap xả với DOHC thiết kế đầu xi lanh (nơi đặt van, phần đánh lửa,…) linh hoạt Một số nhà thiết kế yêu cầu đồng thời SOHC (cơ cấu phối khí trục cam đỉnh) DOHC mức công suất Ưu DOHC đắt tiền lại làm tăng tính kinh tế nhiên liệu[4,5] Hệ thống điều khiển xupap cho ta sơ đồ nguyên lý hoạt động động Mô men xoắn động lớn thu dải rộng rpm Phạm vi tốt đường SFC sơ đồ động tăng lên 3.1.7- Hệ thống truyền lực Hệ thống truyền lực kéo dài từ động tới bánh xe đường Sự thiện truyền động, truyền động vi sai, trục chủ động ngõng trục làm 46 cho xe đạt hiệu suất tốt cải thiện tính kinh tế nhiên liệu Hộp số tự động đa cấp bắt đầu so sánh với hộp số sàn hiệu suất Hộp số tự động với 5,6 chí số bắt đầu xuất số loại xe Lexus 460.460L trang bị truyền động số giới[4,5] Hộp số vô cấp (CVT) yêu cầu khả tính tốn cách xác điểm hoạt động thực tế động (mô ment xoắn vận tốc quay) với đường hoạt động động tối ưu sơ đồ nguyên lý hoạt động Hệ thống dẫn động bốn bánh chủ động (4WD) hệ thống dẫn động toàn thời gian(AWD) làm tăng trọng lượng làm giảm hiệu suất Hệ thống truyền lực Có thể tránh việc cách loại bỏ lien kết cầu trước Hiệu sử dụng nhiên liệu nhỏ 3.1.8- Cải thiện chất bôi trơn: Ma sát chất ăn mịn Sự bơi trơn tối quan trọng với việc kéo dài tuổi thọ động cơ, làm giảm ma sát nâng cao hiệu suất Nhưng bơi trơn, có xuất ma sát Ma sát lớp ranh giới dầu với vách xilanh Chất bôi trơn tốt làm tăng lượng nhỏ hiệu suất động Công nghê không yêu cần thay đổi tính kỹ thuật động 3.1.9- Nhiên liệu cải thiện Khách hàng nghĩ nhiên liệu loại hàng hoá giống xăng Nhiên liệu cần phải đạt tiêu chuẩn định nhiệt trị, khả bay hơi, lượng tạp chất,… Tất loại nhiên liệu không giống nhau; nhiên, nhiên liệu phải đạt tiêu chuẩn Có nhiều tiêu chuẩn mở rộng cho nhiên liệu xăng diesel Với xuất ethanol, Giới hạn cho tiêu chuẩn cần thiết Những tiêu chuẩn quy định giới hạn không chấp nhận Những thay đổi lượng lưu huỳnh chấp nhận nhiên liệu diesel cho phép diesel đạt tiêu chuẩn khí thải Những thay đổi kết cấu nhiên liệu diesel làm cho cạnh tranh HEV CV trở nên hấp dẫn 47 3.2- Vận tốc cực đại khả vượt dốc Lực cản khơng khí D cho phương trình: [3.1] Trong đó: D Lực cản khơng khí [N] ρ khối lượng riêng khơng khí [kg/m3] V tốc độ xe [m/s] hệ số lực cản (không thứ nguyên) A diện tích cản diện xe [m2] Cơng suất tiêu tốn cho lực cản khơng khí: [3.2] Từ ta có: [3.3] Cơng suất tiêu tốn biến thiên theo hàm bậc vận tốc Khái niệm vận tốc ngưỡng (crossover) Khi V vượt , lực cản không khí trở thành lực cản chủ yếu Làm giảm lực cản khơng khí ln địi hỏi thân vỏ xe phải thiết kế lại Vì vậy, việc làm giảm lực phải xem xét cách nghiêm túc thiết kế lại model xe Mặc dù khơng phải lực cản khơng khí, thảo luận leo dốc đưa vào Phương trình đưa vào trình leo dốc với ắc quy hết Cơng suất q trình là: [3.4] Trong đó: m :là khối lượng xe [kg] g :là gia tốc trọng trường 9,8 [m/ ] θ :là độ dốc, so với phương ngang 48 Trong thảo luận này, ắc quy M/G có cơng suất 30kW động thường có cơng suất 70kW Để xác định phần mát hiệu suất ắc quy hết, giả sử HEV( xe Hybrid) với vận tốc 80 [mph] (133[km/h]) Giả sử lực cản có lực cản khơng khí Ở phương trình (3.1), cơng suất thay đổi theo hàm bậc vận tốc Do đó: [3.5] Thay số: Việc giảm ắc quy hết không lớn phụ thuộc bậc 3(của P V) cho trình leo dốc, giả sử vận tốc 30[mph] Đồng thời giả sử lực cản khơng khí ma sát nhỏ so với lực kéo trình leo dốc Phương trình (3.2) cho ta quan hệ tuyến tính cơng suất với vận tốc Khi ắc quy hết vận tốc leo dốc cực đại còn: [3.6] ắc quy [mph] ắc quy hết [mph] % Đường 80 71 -11% Leo dốc 30 21 -33% Khi ắc quy hết ảnh hưởng tới vận tốc cực đại đường dốc leo dốc lớn so với trình tăng tốc đường 3.3- Tính tốn tính kinh tế nhiên liệu chế độ hoạt động xe Hybrid, so sánh với xe trang bị động đốt Những ước lượng thiết lập cho phương tiện chế độ chạy cruise (chạy với tốc độ không đổi,chạy đường trường khơng có vật cản phía 49 trước).Đồng thời phương tiện sử dụng xăng tuý cấu hình Hybrid nối tiếp xử dụng làm ví dụ Một số kí hiệu giá trị giả thiết cho: E : Năng lượng [kWh] P : công suất, 9kW cho chạy cruise N : số lượng gallon nhiên liệu thùng chứa 14 [gal ] V : tốc độ, 45 [mph]=75 [km/h]=20.8 [m/s] : lượng bình chứa đầy nhiên liệu [kWh], phân bố lượng thể tích, 33.7 [kWh/gal] Phương trình cho qng đường qng đường thể tích nhiên liệu: Quãng đường: [3.7] Thời gian để tiêu thụ hết lượng,giả sử 100% hiệu xuất: [3.8] Tính đến ảnh hưởng hiệu suất: [3.9] Kết hợp hai phương trình ta có: [3.10] Từ phương trình [3.7] đến [3.10] áp dụng tương đương với xe thường xe Hybrid 3.3.1- Xe sử dụng thuần nhiên liệu Hiệu suất phận hiệu suất tổng biểu diễn hình (3.1) 50 Hình 3.1: Các thành phần hiệu suất cho xe thuần nhiên liệu Hiệu suất hệ thống truyền lực, η bao gồm hộp số tự động,trục lái ,vi sai mát lốp; η = ( 17) ( 78) = , 13 Thay E phương trình (3.10) bởi: [3.11] Sử dụng số liệu giả thiết: = (14 gal )(33.7kWh / gal ) = 472 [kWh] η = 0.13 Khi đó, thời gian sử dụng hết nhiên liệu: Khoảng cách: mpg thu được: 3.3.2- Hybrid chế độ dùng điện Ta giải toán tính thời gian quãng đường để làm cạn kiệt lượng chứa ắc quy Thêm nữa, giả sử phần lượng ắc quy sử dụng: 51 ∆SOC = 25% = 0.25 Giá trị giựa giả thiết trạng thái sạc ban đầu (SOC) 75% với giới hạn SOC>50% Thêm nữa, giả sử công suất ắc quy là: Hiệu suất dựa giá trị giả sử: η = 0.88 = Hiệu suất lấy hết lượng khỏi ắc quy η = 0.92 = Hiệu suất hệ thống truyền lực η = (0.88)(0.92) = 0.81 = hiệu suất toàn chế độ sử dụng điện Thời gian để tiêu thụ hết công suất ắc quy: Quãng đường sử dung phương trình [3.7]: 3.3.3- Hybrid :Tất lượng chuyển qua ắc quy Hình 3.2: Các thành phần hiệu suất xe Hybrid cấu hình nối tiếp.Hiệu suất truyền lực, ηP,bao gồm trục lái ,vi sai mát lốp η =(0.24)(0.94)(0.60)(0.95)(0.92)= 0.12 Phương trình [ 3.11] cho ta thấy lượng sinh tương đương với lượng 14 gallon xăng Lượng SOC ắc quy vào lúc bắt 52 đầu kết thúc trình chạy cruise Vì lý này, mức độ tiêu thụ nhiêu liệu quãng đường phụ thuộc vào lượng nhiên liệu sinh Hiệu suất toàn biểu thị hình (3.2) Thời gian tiêu thụ lượng sử dụng hết nhiên liệu bình: Quãng đường sử dụng phương trình (3.7): R = (45mph)(6.3h) = 283mi = 472 [km] Tính kinh tế nhiên liệu tính quãng đường [R] chia cho lượng nhiên liệu [N]: 3.3.4- Hybrid :Bỏ qua ắc quy Ở chế độ chạy cruise, ắc quy thiết kế có giá trị SOC = 75% khơng tính đến ắc quy Tất lượng sinh chuyển thẳng đến mô tơ Điều giống việc tháo ắc quy khỏi xe Trạng thái hiệu suất thể hình (3.3) 53 Hình 3.3:Các thành phần hiệu suất xe Hybrid cấu hình nối tiếp với ắc quy bỏ qua.Hiệu suất truyền động, η ,bao gồm trục lái,vi sai mát lốp η =(024.)(0.94)(0.96)(0.95)(0.92)=0.19 Một lần nữa, phương trình [3.1] cho thấy lượng tương đương với lượng 14 gallon xăng Lượng SOC ắc quy vào lúc bắt đầu kết thúc trình chạy cruise (đường trường) Vì lý này, mức độ tiêu thụ nhiêu liệu quãng đường phụ thuộc vào lượng xăng sinh ra.Điều tích cực cải thiện hiệu suất tổng, thể hình (3.3) 0.19 Thời gian tiêu thụ lượng bình xăng: Quãng đường sử dụng phương trình (3.7) R = (45mph)(9.96h) = 448mi = 747 [km] Tính kinh tế nhiên liệu tính quãng đường [R] chia cho lượng nhiên liệu [N]: 3.3.5- Kết luận sau tính tốn chế độ 54 Xe thường có hiệu suất 0.17 xe Hybrid 0.24, cải thiện đáng kể việc cao tính kinh tế nhiên liệu [mpg] Mức tăng nhẹ truyền lực 0.78 động thường 0.79 động Hybrid Điều lớn có mức hiệu suất tăng đáng kể động thu gọn làm việc số vòng quay momen tốt Việc tính tốn cho thấy hiệu cố gắng tăng hiệu suất công suất đầu vào Đây cố gắng để sử dụng giá trị thực tế nhằm tăng hiệu suất 55 KẾT LUẬN Qua tìm hiểu khái niệm phân tích cấu hình khác hệ thống truyền động Hybrid cách tổng quan, đề tài đưa ba yếu tố quan trọng làm tăng tính kinh tế nhiên liệu xe Hybrid Đề tài phân tích cố gắng nhằm tăng tính kinh tế nhiên liệu xe Hybrid cách sử dụng phanh tái tạo, dùng điện sinh công suất kéo, mô tơ hỗ trợ động thu gọn làm tăng lên 30%-40% so với xe sử dụng động thông thường Nhưng đóng góp nhỏ khác ilde-off (tắt động cơ, không cần chế độ chạy không tải), chi tiết phụ trợ ô tô điều khiển điện, hệ thống điều hòa đặc biệt tập trung, giảm giao động giao động đường truyền khóa xăng sử dụng khóa biến mơ cải thiện khả tăng tốc ô tô Tính kinh tế nhiên liệu xe Hybrid phụ thuộc nhiều yếu tố chiến lược điều khiển, chiến lược điều khiển phanh tái tạo tỷ lệ phân phối công suất động nhiệt động điện Đề tài tìm hiểu, phân tích quan điểm thiết kế xe Hybrid phân chia công suất hai nguồn động lực Đề tài tính tốn thử nghiệm phương án phân chia cơng suất để đạt tính kinh tế nhiên liệu cao Đó tốn tối ưu tỷ lệ cơng suất động nhiệt mô tơ điện Đề tài đặt vấn đề tìm cung đường hợp lý cho người sử dụng dòng xe Plug-in Hybrid Bài toán giải cách đưa cho người sử dụng có hội sử dụng xe với độ tiết kiệm nhiên liệu tuyệt vời với cự li đường thường xuyên vận hành Đi sâu vào tìm hiểu chế độ hoạt động xe Hybrid, đề tài đưa mười tính vận hành để có so sánh xe Hybrid xe trang bị động đốt thơng thường 56 Những ví dụ tính tốn qng đường mức tiêu thụ nhiên liệu dựa dòng xe khác xe trang bị động đốt xe Hybrid Đối với dòng xe Hybrid, mẫu vận hành khác thử nghiệm Quãng đường di chuyển, tính kinh tế nhiên liệu tính tốn cho việc Hybrid chạy động điện, Hybrid với lượng qua ắc quy không qua ắc quy Một điều đặc biệt thú vị quãng đường di chuyển, tính kinh tế nhiên liệu Hybrid chạy động điện 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Hybrid Vehicles and the Future of Personal Transportation, Allen Fuhs, CRC Press an imprint of Taylor & Francis Group, 2009 [2]- Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles Fundamentals, Theory and Design second edition, Mehrdad Ehsani – YiminGao – Ali Emadi, CRC Press - an imprint of Taylor & Francis Group, 2010 [3]- Evaluation of the 2008 Lexus LS600H Hybrid synergy drive system,T.A.Burress,C.L.Coomer,S.L.Campbell, UT-BATTELLE, LLC, 2009 [4]- The Progression of Commercially Available EV/HEV Technologies and Ongoing Research, Tim Burress, Nashville Tennessee July 26, 2010 [5]- GM motor Hybrid systems [6]- Toyota Hybrid systems (Tài liệu tham khảo hãng Toyota) 58 ... hệ thống truyền động xe Hybrid 21 1.10 Phân loai xe Hybrid 24 1.11 Cấu hình truyền động xe Hybrid nối tiếp 25 1.12 Cấu hình truyền động Hybrid song song 28 1.13 Cấu hình truyền động Hybrid kết... ba cấu hình nối tiếp, song song kết hợp 1.8.1- Cấu hình truyền động Hybrid nối tiếp Hình 1.11: Cấu hình truyền động xe Hybrid nối tiếp a) Khái quát Cấu hình truyền động Hybrid nối tiếp cấu hình. .. thực tế, cấu hình kết hợp cấu hình nối tiếp song song Sở hữu tính hai cấu hình hoạt động đa dạng cấu hình nối tiếp song song b) Ưu điểm - Các nhược điểm cấu hình nối tiếp song song lại lợi cấu hình