Tiểu luận cơ khí động lực tìm hiểu công nghệ hybrid trên xe BMW i8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ HYBRID TRÊN XE BMW I8 GVHD: TS HUỲNH QUỐC VIỆT SVTH: Nguyễn Hồng Đình Bảo Mã lớp học: 18845SP2 18845043 Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 5, Năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HYBRID TRÊN XE BMW I8 GVHD: TS HUỲNH QUỐC VIỆT SVTH: Nguyễn Hồng Đình Bảo Mã lớp học: 18845SP2 18845043 Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 5, Năm 2020 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin cảm ơn nhà trường quý thầy cô đã xây dựng môi trường học tập tốt, truyền đạt kiến thức cũng những kinh nghiệm để em có thể gặt hái thành năm qua Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Huỳnh Quốc Việt Thầy người hướng dẫn nhiệt tình, đưa những nhận xét đắn để chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp kịp thời hoàn thiện có thể Sau cùng, có nhiều nỗ lực, thời gian thực hiện đề tài khơng nhiều kiến thức, kinh nghiệm cịn hạn chế nên tiểu luận tốt nghiệp nhiều thiếu sót Do đó, em kính mong quý thầy cô, bạn bè thông cảm mong nhận ý kiến từ người để hoàn thiện đề tài tốt Em xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2019 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Đình Bảo - TĨM TẮT Lời nói đầu - Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam phát triển mạnh đặc biệt ngành kỹ thuật ô tô Vấn đề lại, vận chuyển ngày tăng người toàn thế giới Ô tô gần phương tiện chủ lực đáp ứng nhu cầu đó Công nghệ ô tô ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh phạm vi toàn thế giới, để đáp ứng nhu cầu đã làm cho tốc độ gia tăng số lượng ô tô thế giới nhanh Do đó, tình hình giao thơng ngày phức tạp nảy sinh vấn đề cấp bách cần phải giải quyết tai nạn giao thông, ô nhiễm môi trường, khủng hoảng nhiên liệu… Để giải quyết vấn đề đó, địi hỏi ngành cơng nghệ tơ phải áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến thiết kế, ứng dụng nguyên vật liệu công nghệ hiện đại để cho đời những chiếc xe ngày hoàn hảo với tính vận hành tính an tồn vượt trội - Một những cơng nghệ hiện đại công nghệ HYBID hãng BMW nghiên cứu phát triển, công nghệ mang lại hiệu suất hoạt động tốt bên cạnh hiệu sử dụng nhiên liệu tối ưu - Hybird tiếng Anh có nghĩa hỗn hợp, lai tạo xe Hybrid loại xe kết hợp giữa động sử dụng xăng truyền thống động điện Việc kết hợp mang lại cho xe Hybrid lợi thế giảm thiều lượng nhiên liệu sử dụng, từ đó giảm bớt lượng khí thải môi trường bên ngồi, ngồi nó cịn tận dụng nguồn lượng dư thừa cách nạp lại cho pin chính xe - Trong trình học tập, em đã tiếp xúc, tìm hiểu cơng nghệ nhận thấy đề tài bổ ích đáng tìm hiểu Chính em đã chọn đề tài tiểu luận: “ TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HYBRID TRÊN XE BMW I8” - Đề tài “CÔNG NGHỆ HYBRID TRÊN XE BMW I8” cũng giúp em hiểu thêm hệ thống truyền lực công nghệ HYBRID Cũng cách kết nối thành phần công nghệ để có thể tăng hiệu suất hoạt động sử dụng nhiên liệu tối ưu Mục tiêu nghiên cứu tiểu luận - Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về Công Nghệ HYBRID - Các thành phần hệ thống truyền lực xe BMW I8 - Cách thành phần kết nối với - Chiến lược điều khiển dòng xe BMW I8 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu Hệ thống truyền lực xe BMW I8 gồm phần động phần điện - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống truyền lực xe BMW I8 + Các thành phần hệ thống truyền lực xe BMW I8 Phương pháp nghiên cứu - Để thực hiện đề tài, em sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu chủ yếu phân tích tổng hợp lý thuyết Bên cạnh đó, em dịch số tài liệu chuyên ngành tiếng anh để phục vụ cho công việc MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUÁT .1 1.2 Giới thiệu 1.3 Động lai (Mid-engine) .4 Chương 2: ĐỘNG CƠ B38 TOP 2.1 Thông số thiết kế động 2.2 Thông số kỹ thuật 2.3 Những thay đổi so với động B38 trước 11 2.3.1 Tính học động 11 2.3.2 Hệ thống cung cấp dầu 11 2.3.3 Dây đai dẫn động .11 2.3.4 Hệ thống nạp xả 11 2.4 Dây đai dẫn động .12 2.4.1 Bộ căng đai lắc 15 2.4.2 Bộ giảm chấn rung tích hợp với puly ngắt kết nối .19 2.5 Hệ thống nạp hệ thống khí thải 20 2.5.1 Hệ thống nạp .20 2.5.2 Hệ thống khí thải .25 2.6 Hệ thống phun nhiên liệu 26 2.6.1 Bộ phận phun nhiên liệu 26 2.6.2 Các phận cung cấp nhiên liệu .28 2.6.3 Thùng xăng 32 2.7 Mạch làm mát nhiệt độ cao .37 2.7.1 Tổng quan hệ thống 37 2.7.2 Các phận hệ thống làm mát 41 2.7.3 Hướng dẫn sửa chữa 46 2.8 Mạch làm mát nhiệt độ thấp .48 2.9 Vỏ cách âm 50 2.10 Lưu ý bảo dưỡng 51 Chương 3: HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 54 3.1 Cấu tạo 54 3.2 Thông số thiết kế 56 3.3 Tỷ số truyền 59 3.4 Điều khiển chuyển số 60 3.5 Cơ cấu chấp hành chuyển số .61 3.6 Hệ thống cung cấp dầu hộp số 65 3.6.2 Bơm dầu dẫn động điện 67 3.6.3 Két làm mát nhớt .69 3.7 Lưu ý bảo dưỡng 69 Chương 4: MÔ TƠ DẪN ĐỘNG .70 4.1 Giới thiệu 70 4.2 Mô tơ dẫn động 71 4.3 Hộp số cấp .74 4.3.1 Thông số thiết kế .75 4.3.2 Chức 77 Chương 5: TRỤC TRUYỀN LỰC .85 5.1 Cầu trước 85 5.2 Cầu sau .86 Chương 6: CHIẾN THUẬT ĐIỀU KHIỂN 87 6.1 Giới thiệu 87 6.2 Tổng quan 89 6.3 Chế độ chạy 90 6.3.1 Chế độ COMFORT 90 6.3.2 Chế độ ECO PRO 93 6.3.3 Chế độ SPORT 95 DME động DME Drive torque available at the Mô-men xoắn chuyển động có sẵn tại wheel bánh xe • Phân phối mô-men xoắn thông minh trục lai cũng dẫn đến hành vi truyền động tất bánh xe điển hình Phân phối mơ-men xoắn biến đổi lên đến 100% giữa phía trước trục sau có thể ảnh hưởng tích cực đến phản ứng tự lái động lực lái xe Trục lai cho phép khả lái trung tính an toàn lên đến phạm vi giới hạn Khi không ổn định ban đầu, ví dụ quay vịng thiếu, mơ-men xoắn trùn lực cũng phân phối giữa cầu trước sau, điều ngăn trượt cầu trước Mômen xoắn cầu trước bị giảm mơ-men xoắn cầu sau tăng • Điều làm rõ cách sử dụng ví dụ lái xe quanh khúc cua sắc nét đó cầu trước cũng điều khiển chức Boost vào uốn cong Drive torque at the rear axle Mô men chuyển động tại cầu sau Drive torque at the front axle Mô men chuyển động tại cầu trước Hình 6.59: I12 Phân phơi mơ men chuyển động trường hợp đánh lái 117 • Lực kéo tối ưu cũng có thể đạt khúc cua, nhờ đó có thể tăng tốc nhanh từ khúc cua • Nếu độ ổn định lái xe đạt đến phạm vi giới hạn, tự nhiên nó có thể mang lại can thiệp DSC Tuy nhiên, can thiệp DSC thực hiện hiếm hơn, nhờ đó thoải mái xe cải thiện rõ rệt 118 • DSC khơng đóng vai trị đặc tính xử lý động phạm vi giới hạn mà cịn cung cấp mơ-men xoắn có thể chuyển tối đa cho DME bất cứ lúc Cả trình tăng tốc phục hồi lượng Các thông số kỹ thuật mômen xoắn xử lý DME xem xét phân phối mômen xoắn truyền lực Ví dụ, chức Boost phục hồi lượng mô tơ dẫn động phía trước ln thích ứng với tình lái xe giảm nếu cần thiết Ngược lại, mô-men xoắn âm từ phục hồi lượng cũng có thể sử dụng cụ thể để can thiệp cho ổn định lái xe hệ thống liên tục làm việc mục tiêu chung bổ sung cho • Kickdown vị trí đặc biệt điều khiển truyền lực Kickdown có nghĩa tất truyền lực kích hoạt để cho phép truyền lực tối đa : ◦ Động đốt ◦ Mô tơ dẫn động ◦ Mô tơ máy phát khởi động 1.1.1 Chức tăng BOOST • Trong I12, mơ tơ dẫn động phía trước mô tơ mát phát khởi động điện áp cao có thể sử dụng để hỗ trợ động đốt gọi chức Boost Quá trình khác với xe hybrid trước đó thực tế hỗ trợ động đốt cung cấp riêng độc lập cho trục tương ứng 119 Hình 6.60: I12 Chức tăng BOOST Drive torque at the rear axle Drive torque at the front axle Mô men chuyển động tại cầu sau Mô men chuyển động tại cầu trước 120 • Sự hỗ trợ động đốt đó trục sau thực hiện chế độ COMFORT, ECO PRO SPORT Trong COMFORT Chế độ ECO PRO phạm vi tốc độ động thấp động đốt mô tơ máy phát khởi động điện áp cao sử dụng làm hỗ trợ ( với yêu cầu mơ-men xoắn tương ứng thơng qua bàn đạp ga) • Kickdown ngoại lệ Trong trường hợp này, toàn sức mạnh mô tơ máy phát khởi động điện áp cao cung cấp toàn tốc độ động phạm vi (Overboost) Để có thể yêu cầu toàn sức mạnh hệ thống I12 chế độ SPORT, tồn sức mạnh mơ tơ máy phát khởi động điện áp cao có sẵn chế độ lái từ đầu • Mức độ tăng tốc bổ sung thường phụ thuộc vào: ◦ Trạng thái sạc (SOC) pin điện áp cao ◦ Chế độ lái xe chọn ◦ Nhiệt độ thành phần tương ứng ◦ Mô-men xoắn có thể truyền giữa bánh xe đường ◦ Tốc độ lái xe • Ở trạng thái sạc pin thấp bình ắc quy điện áp cao, cơng suất chức Boost bị giảm theo kiểu tuyến tính độc lập với việc lái xe chế độ chọn 121 6.4.2 Tăng điểm tải • Tăng tải động đốt tốc độ động phù hợp gọi tăng điểm tải Điều dẫn đến gia tăng hiệu suất tùy chọn vận hành động đốt phạm vi tối ưu • Điện trở phát sinh, chống lại động đốt trong, phải bù để mặt tải động tăng, mặt khác, tốc độ không đổi Một ví dụ bật hệ thống sưởi điều hịa khơng khí cửa sổ phía sau sưởi ấm Việc bù điện trở bổ sung giả định DME DME cung cấp cho động đốt không khí lành cách kích hoạt van tiết lưu van Lượng nhiên liệu tiêm cũng tăng Tải trọng động đốt tăng nằm phạm vi tối ưu về hiệu mức tiêu thụ nhiên liệu Tuy nhiên, điều khiển xảy chính xác đến mức không có gia tăng tốc độ động cơ, mà có điện trở xảy bù • Trong I12, mô tơ máy phát khởi động điện áp cao chế độ mô tơ dẫn động tạo mô-men xoắn dây đai truyền lực Như mô tả trên, DME bù mômen xoắn ngược động đốt vận hành tối ưu Năng lượng điện thu được sử dụng để sạc bình ắc quy điện áp cao Bằng cách này, động đốt cũng bị ảnh hưởng tích cực trình sạc bình ắc quy điện áp cao • Động B38 Top I12 không vận hành bất cứ lúc dạng mở rộng phạm vi, không giống động W20 I01 động đốt chạy mô-men xoắn truyền lực chuyển đến trục sau Việc tăng điểm tải xảy bên cạnh yêu cầu lượng đã có Q trình khơng người lái ý • Các yếu tố quyết định theo thời gian mức độ tăng điểm tải: 122 ◦ Trạng thái sạc ắc quy cao áp ◦ Chế độ chạy ◦ Tải trọng động đốt ◦ Nhiệt độ động đốt 6.4.3 Phục hồi lượng • Trong trình tái tạo lượng phanh I12 (phục hồi lượng) diễn thông qua trục trước trục sau Xếp hạng công suất lên tới 50 kW có thể phục hồi thông qua mô tơ dẫn động trục trước Công suất hãm có thể tạo trục sau thông qua mô tơ mát phát khởi động cao áp thấp đáng kể Điều có nghĩa độ mòn đĩa phanh má phanh thấp, mang lại khả chuyển tiếp suy nghĩ phong cách lái xe thông qua Deceleration torque at the rear Giảm mô men chuyển động tại cầu sau axle Deceleration torque at the front Giảm mô men chuyển động tại cầu axle trước Hình 6.61: Phục hồi lượng I12 123 • Việc phục hồi lượng thường hoạt động chế độ dừng (vượt tốc) tương tự xe hybrid BMW Nếu DME phát hiện góc đạp chân ga ° , thiết bị điện tử máy điện tử (EME) thiết bị điện tử máy mở rộng phạm vi (REME) yêu cầu bắt đầu phục hồi lượng chế độ dừng kích hoạt mô tơ dẫn động phù hợp Bằng cách này, lượng điện tạo lưu trữ bình ắc quy điện áp cao 124 • Một tính đặc biệt I12 thế mạnh khác việc phục hồi lượng chế độ dừng xe Nó chủ yếu phụ thuộc vào chế độ lái tương ứng trạng thái sạc bình ắc quy điện áp cao Giảm tốc tối đa đạt chế độ lái SPORT, nó thấp COMFORT , Chế độ ECO PRO Max eDrive (Hơi cao mức nó gây mô-men xoắn động phương tiện thông thường) 6.5 Chiến lược lái xe phục hồi lượng • Mục tiêu chính chiến lược phục hồi lượng lái xe cung cấp trạng thái sạc đủ cao cho bình ắc quy điện áp cao tồn thời gian lái xe "Đủ" có nghĩa cung cấp đủ lượng điện cho động điện Chỉ có cách công suất hệ thống tối đa phương tiện trình lái xe đảm bảo Năng lượng điện tạo thông qua: ◦ Phục hồi lượng (Mô tơ dẫn động Mô tơ máy phát khởi động cao áp) ◦ Tăng điểm tải động đốt (Mô tơ máy phát khởi động cao áp) • Mục tiêu chiến lược phục hồi lượng lái xe để tăng trạng thái sạc pin điện áp cao lên 100% Trong lái xe Đây những sạc bên ngồi sử dụng cho Trong trường hợp trạng thái sạc cao (SoC), lượng sử dụng bình ắc quy điện áp cao để giữ cho phần điện lái xe cao tốt để lái xe hồn tồn phương tiện điện 125 • Với trạng thái giảm điện tích, tỷ lệ lái xe điện cũng giảm để động đốt trong, không phân biệt vị trí cảm biến bàn đạp hay tốc độ điều khiển, thường bật để chiếm lấy truyền lực sạc bình ắc quy điện áp cao Phạm vi phục vụ để trì trạng thái điện tích Nếu trạng thái sạc tiếp tục giảm, ví dụ cách sử dụng chức Boost thường xuyên hơn, có giảm tốc độ điều khiển điện từ 60 km / h xuống 50 km / h (37 mph đến 31 mph) tăng tốc mô tơ dẫn động Mức giảm đặt tùy thuộc vào phong cách lái xe trạng thái sạc khoảng 25% • Ngay trước đạt giá trị quan trọng, lượng cho việc lái xe điện chức Boost rút theo kiểu tuyến tính Động tự động khởi độngchức dừng cũng bị vô hiệu hóa để động đốt cũng có thể sạc pin điện áp cao trạng thái dừng Hình 6.62: I12 Đồ thị chiến thuật phục hồi lượng State of charge of the high-voltage Trạng thái bình ắc quy cao áp A B battery Distance travelled Electric journey Khoảng cách di chuyển Hành trình chạy điện 126 Energy recovery Phục hồi lượng Combustion engine on (charging Bật động đốt (Sạc thông qua via high-voltage starter motor mô tơ máy phát khởi động cao áp) generator) Boost function Chức tăng công suất Threshold value for maintaining Giá trị ngưỡng để trì trạng thái the state of charge sạc bình Range in which electric driving Phạm vi đó chức lái xe and Boost function are withdrawn điện Boost rút lại Range in which the state of charge Phạm vi đó trạng thái sạc is maintained bình trì Energy withdrawal from the high- Rút lượng từ ắc quy điện áp cao voltage battery Energy generation during the Sản sinh lượng suốt hành journey trình 127 • Giá trị ngưỡng mà trạng thái điện tích trì phụ thuộc vào số yếu tố: ◦ Kích hoạt chế độ SPORT ◦ Cài đặt để trì trạng thái sạc ◦ Hướng dẫn tuyến chủ động hệ thống định vị • Như mơ tả chế độ THỂ THAO, bình ắc quy điện áp cao tích cực sạc để có thể cung cấp đủ lượng điện cho Boost Do đó, giá trị ngưỡng để trì trạng thái sạc bình ắc quy điện áp cao cao • Nếu nó trở nên cần thiết, ví dụ để sử dụng lượng điện lưu trữ giai đoạn sau hành trình, lựa chọn tương ứng có thể thực hiện thông qua iDrive mục menu "Cài đặt" "Tự động eDrive" Trạng thái sạc hiện tại bình ắc quy điện áp cao điện phạm vi hiển thị menu Điều kiện tiên quyết để lựa chọn chức "Duy trì trạng thái sạc" là: ◦ Chế độ COMFORT ECO PRO bị vô hiệu hóa ◦ Trạng thái sạc cao khoảng 10% Hình 6.63: I12 Duy trì trạng thái sạc bình ắc quy cao áp 128 • Khi kích hoạt chức năng, động đốt bật thường xuyên để có thể trì trạng thái tích điện mức cao bình ắc quy điện áp thông qua mô tơ máy phát khởi động điện áp cao Có thể kích hoạt với bình ắc quy điện áp cao sạc đầy Tuy nhiên, trạng thái sạc giảm tối thiểu để có thể hấp thụ lượng điện trình phục hồi lượng, ví dụ • Tùy thuộc vào phong cách lái xe, trạng thái sạc có thể trì mức hiện tại Với chức "Duy trì trạng thái sạc", nó có chức không thể tăng trạng thái sạc tại thời điểm kích hoạt Các kiện sau dẫn đến việc hủy kích hoạt "Duy trì trạng thái chức sạc” : ◦ Vô hiệu hóa thông qua iDrive ◦ Kích hoạt chế độ SPORT Max eDrive ◦ Thay đổi thiết bị đầu cuối • Trong chức "Duy trì trạng thái sạc" kích hoạt, chức dừng khởi động động tự động khả dụng Nếu mức hiện tại trạng thái điện tích với mức cần trì, động đốt ngừng hoạt động trạng thái dừng xe Nếu mức hiện tại trạng thái tích điện mức cần bảo trì, động đốt khơng tắt dừng xe 129 • Với hướng dẫn tuyến chủ động hệ thống định vị, tuyến đường phân tích chiến lược vận hành phù hợp với địa hình Dữ liệu điều hướng khoảng cách cá nhân cho phép tính tốn cơng suất cần thiết để bao phủ khoảng cách Dựa những dự báo sức mạnh trạng thái điện tích cao - bình ắc quy điện áp, quyết định đưa về việc liệu động đốt động điện sử dụng cho khoảng cách Mục đích tăng lượng điện cho vùng đích môi trường thị Có ba tình chủ động phản ứng với chiến lược vận hành: ◦ Vùng tốc độ thấp: Một nỗ lực thực hiện để đảm bảo lái xe điện vùng tốc độ thấp Nếu cần thiết, bình ắc quy điện áp cao phải tích cực tính phí trước ◦ Độ dốc xuống dốc: Với bình ắc quy điện áp cao sạc đầy độ dốc xuống dốc tới, giảm trạng thái sạc để có thể sử dụng toàn lượng điện từ trình phục hồi lượng trình xuống dốc Việc giảm trạng thái tích điện thực hiện trước độ dốc xuống dốc mô tơ máy phát khởi động điện áp cao, nơi nó hỗ trợ động đốt (chức Boost) ◦ Vùng đích: Một nỗ lực thực hiện để đảm bảo lái xe điện trước đến đích tại đích Nếu cần, bình ắc quy điện áp cao phải tích cực tính phí trước 130 Hình 6.64: I12 Ví dụ chiến lược lái xe phục hồi lượng hướng dẫn lộ trình hoạt động Power forecast for the respective Dự báo điện cho khoảng cách tương A B distance ứng Distance travelled Khoảng cách di chuyển Use of the electric motor Sử đụng mô tơ dẫn động Use of the combustion engine Sử dụng động đốt Built-up area Khu vực xây dựng Cross-country trip Hành trình xuyên quốc gia • Trong suốt hành trình, người lái xe nhận thơng báo sơ đồ dịng lượng CID lượng điện lưu trữ cung cấp cho sau sân khấu 131 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ HYBRID TRÊN XE BMW I8 GVHD: TS HUỲNH QUỐC VIỆT SVTH: Nguyễn Hồng Đình Bảo Mã... chính xe - Trong trình học tập, em đã tiếp xúc, tìm hiểu cơng nghệ nhận thấy đề tài bổ ích đáng tìm hiểu Chính em đã chọn đề tài tiểu luận: “ TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HYBRID TRÊN XE BMW I8? ??... truyền lực xe BMW I8 gồm phần động phần điện - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống truyền lực xe BMW I8 + Các thành phần hệ thống truyền lực xe BMW I8 Phương