BÁO CÁO CUỐI KÌ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN ô TÔ đề tài XE HYBRID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO CUỐI KÌ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ Đề tài: XE HYBRID GVHD: Thầy Nguyễn Trung Hiếu Nhóm thực hiện: Nhóm SVTH: Họ tên Đặng Nguyên Khang MSSV 18145367 Tăng Gia Cường 18145317 Phạm Công Hiếu 18145352 Lâm Anh Khoa 18145376 Phan Đình Thắng 18145456 Hồng Cơng Danh 14145027 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020 Ý KIẾN NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên Nhận xét kết thực đề tài 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày đề tài: 2.2 Nội dung đề tài: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đề tài, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3 Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): MỤC LỤC CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ DÒNG XE HYBRID 1.1 Giới thiệu tổng quan dòng xe Hybrid: 1.1.1 Lịch sử: 1.1.2 Ưu Điểm nhược điểm: 1.1.3 Xu hướng tương lai: 1.2 Các dạng dẫn động xe: 1.2.1 Hệ thống Hybrid nối tiếp: 1.2.2 Hệ thống Hybrid song song: 1.2.3 Hệ thống Hybrid hỗn hợp: CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ MƠ HÌNH 2.1 Bộ công suất động Hybrid: 2.1.1 Hệ thống truyền lực hybrid dùng kết nối momen: 2.1.2 Hệ thống truyền lực hybrid dùng kết nối tốc độ: 2.1.3 Hệ thống truyền lực hybrid hỗn hợp: 2.2 Mơ hình: CHƯƠNG MƠ PHỎNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 3.1 Phần mềm mô phỏng: 3.1.1 Giới thiệu phần mềm: 3.1.1.1 Matlab-Simulink: 3.1.1.2 Matlab-Stateflow: 3.1.2 Các khối mô phỏng: 3.1.2.1 Khối Strategy: 3.1.2.2 Khối Engine: 3.1.2.3 Khối Solver Conguration: 3.1.2.4 Khối Power split: 3.1.2.5 Khối Electric Generator: 3.1.2.6 Khối Vehicle Dynamics: 3.1.2.7 Khối Electric Motor: 3.1.2.8 Khối DC: DC Conventer: 10 3.1.2.9 Khối Battery: 10 3.1.3 Các bước mô phỏng: 10 3.2 Mơ hình mơ phỏng: 11 3.2.1 Hệ thống Hybird nối tiếp: 11 3.2.1.1 Mơ hình: 11 3.2.1.2 Ưu nhược điểm hệ thống: 13 3.2.2 Hệ thống Hybrid song song: 13 3.2.2.1 Mơ hình: 13 3.2.2.2 Ưu nhược điểm hệ thống: 15 3.2.3 Hệ thống Hybrid hỗn hợp: 15 3.2.3.1 Mơ hình: 15 3.2.3.2 Ưu nhược điểm hệ thống: 18 CHƯƠNG KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 19 4.1 Kết luận mơ hình mơ phỏng: 19 4.2 Kết luận đề tài: 20 4.2.1 Tính kinh tế xe Hybrid: 20 4.2.2 Xu phát triển Hybrid nước phát triển: 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu nối tiếp .2 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu song song Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu hỗn hợp Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị kết nối momen .5 Hình 2.2: Một số thiết bị kết nối momen Hình 2.3: Sơ đồ thiết bị kết nối tốc độ .6 Hình 2.4: Hệ bánh hành tinh .6 Hình 2.5: Mơ tơ có stato động Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ momen tốc độ với hệ bánh hành tinh .7 Hình 3.1: Sơ đồ khối Strategy Hình 3.2: Khối Engine .9 Hình 3.2.1: Sơ đồ khối Engine management 10 Hình 3.2.2: Sơ đồ khối Engine 10 Hình 3.3: Bảng thông số khối Conguration 10 Hình 3.4: Tỉ số truyền khối Power split 11 Hình 3.5: Sơ đồ khối Electric Generator 11 Hình 3.6: Sơ đồ khối Vehicle Dynamics 12 Hình 3.7: Sơ đồ khối Electric Motor 12 Hình 3.8: Sơ đồ khối DC:DC Conventer 13 Hình 3.9: Sơ đồ khối Battery 13 Hình 3.10: Mơ hình hệ thống Hybrid nối tiếp 14 Hình 3.11: Đồ thị cơng suất động điện xăng Hybrid nối tiếp 14 Hình 3.12: Đồ thị tốc độ trục quay Hybrid nối tiếp 15 Hình 3.13: Đồ thị lượng điện hao phí Hybrid nối tiếp 15 Hình 3.14: Đồ thị lượng nhiên liệu sử dụng Hybrid nối tiếp 15 Hình 3.15: Mơ hình hệ thống Hybrid song song 16 Hình 3.16: Đồ thị cơng suất động điện xăng Hybrid song song 17 Hình 3.17: Đồ thị tốc độ trục quay Hybrid song song 17 Hình 3.18: Đồ thị lương điện hao phí Hybrid song song 17 Hình 3.19: Đồ thị lượng nhiên liệu sử dụng Hybrid song song 18 Hình 3.20: Mơ hình hệ thống Hybrid hỗn hợp 19 Hình 3.21 : Đồ thị cơng suất động điện xăng Hybrid hỗn hợp 19 Hình 3.22: Đồ thị tốc độ trục quay Hybrid hỗn hợp 19 Hình 3.23: Đồ thị lượng hao phí Hybrid hỗn hợp 20 Hình 3.24: Đồ thị lượng nhiên liệu sử dụng Hybrid hỗn hợp 20 Hình 4.1: Sơ đồ chạy mơ hình mơ 22 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ DỊNG XE HYBRID 1.1 Giới thiệu tổng quan dòng xe Hybrid: 1.1.1 Lịch sử: Những xe lai triển lãm Paris Salon năm 1899 Nó chế tạo Pieper, Liège Bỉ công ty truyền tải điện Vendovelli Priestly Pháp -Xe Pieper kiểu xe lai song song với động xăng nhỏ làm mát gió hỗ trợ thêm động điện ắc quy chì Một người Pháp tên Camille Jenatzy giới thiệu xe lai song song Paris Slon vào năm 1903 Chiếc xe kết hợp động xăng hp động điện 14 hp, nạp lại cho ắc quy từ động hỗ trợ động Một người Pháp khác tên H.Krieger chế tạo xe lai kiểu nối tiếp thứ hai vào năm 1902 Thiết kế ông dùng hai motor DC dẫn động hai bánh trước, chúng lấy lượng từ 44 ngăn ắc quy chì, chúng nạp lại máy phát điện chiều dẫn động động sử dụng cồn đánh lửa cưỡng Những xe lai khác, hai kiểu song song nối tiếp chế tạo suốt khoảng thời gian từ 1899 đến 1914 Mặc dù phanh điện sử dụng thiết kế đầu thời gian khơng đề cập đến phanh phục hồi lượng Hầu hết, chí tất kiểu xe sử dụng phanh điện động cách ngắn mạch lắp đặt điện trở phần ứng motor kéo Chiếc Lohner-Porsche (1903) ví dụ điển hình phương án - Những xe lai cạnh tranh với động xăng cải thiện đáng kể sau chiến tranh Thế giới I Động xăng có cải thiện bậc công suất -Các động trở nên nhỏ hơn, hiệu không cần hỗ trợ motor điện thời gian dài Sự tăng giá thêm motor điện độc hại từ ắc quy chì hai yếu tố then chốt làm xe lai biến sau Chiến tranh Thế giới I Thiết kế xe lai nối tiếp hồi sinh giáo sư Dr Ernest H Wakefield năm 1976, làm việc cho Linear Alpha Inc Các mẫu xe lai khác chế tạo tập đoàn Electric Auto vào năm 1982 tập đoàn Briggs & Stratton 1980, hai theo kiểu bố trí song song Sự nỗ lực đáng kể phát triển thương mại hóa xe lai điện tạo nhà sản xuất người Nhật Năm 1997 Toyota cho mắt dòng sedan Prius Nhật, Honda cho dòng xe Civic Civic Hybrid Và tiếp tục phát triển 1.1.2 Ưu Điểm nhược điểm: Ưu điểm: + Cơng nghệ Hybrid có tính kinh tế nhiên liệu cao đồng thời góp phần giảm phát thải CO2 + Một lợi ích khác xe Hybrid yên tĩnh, không cần phải sử dụng động lúc để vận hành + Xe Hybrid sử dụng động xăng mơ tơ điện q trình tăng tốc góp phần tăng tốc mượt mà, nhẹ nhàng liền mạch + Tiết kiệm nhiên liệu Công nghệ Hybrid Toyota thể hiệu nhiên liệu cao so với xe thông thường Nhược điểm: + Giá thành cao + Công suất hạn chế so với xe xăng dầu truyền thống Bên cạnh việc bảo dưỡng giống xe xăng/dầu cần phải thay pin pin hết hạn sử dụng 1.1.3 Xu hướng tương lai: Khi mà trình cơng nghiệp hóa, đại hóa tồn cầu việc di chuyển, vận tải hàng hóa phát triển chóng mặt Do nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu xăng, dầu tăng cao Một vấn đề mà cần đối mặt nhiên liệu cạn kiệt tương lai Do tiết kiệm nhiên liệu lượng yêu cầu hàng đầu quốc gia giới Ngành công nghiệp ô tơ khơng nằm ngồi vấn đề cấp thiết Nhiều hãng sản xuất ô tô lớn giới không ngừng tạo mẫu xe tiết kiệm nhiên liệu Ví dụ Toyota từ cuối 1997 mắt mẫu xe Hybrid giới Toyota Prius Sau Honda vào sản xuất Civic sửdụng động Hybrid 1.2 Các dạng dẫn động xe: 1.2.1 Hệ thống Hybrid nối tiếp: Khi động hoạt động, truyền lương cho máy phát điện Dịng điện sinh chia làm hai phần, để sạc bình ắc-quy chạy motor điện, phận truyền lượng tới trục xe Đó gọi hệ thơng nói tiếp lượng truyền theo q trình liên tục (hay nói cách khác hoạt động động motor điện tiến hành lần lượt) Trong sơ đồ nói tiếp, động đốt (động xăng, động diesel) kéo máy phát cung cấp điện cho ắc-quy động điện, khơng có liên hệ khí nguồn động lực bánh xe Năng lượng chuyển đội từ hóa nhiên liệu thành làm quay rô-to máy phát tạo điện từ điện chuyển thành bánh xe Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu nối tiếp Ưu điểm: + Động đốt không hoạt động chế độ không tải nên giảm ô nhiễm môi trường + Động đốt chọn chế độ tối ưu hơn, phù hợp với loại ô tô Nhược điểm: + Kích thước dung tích Ắc-quy lớn so với hệ thống song song + Động đôt làm việc chế độ tải nặng để cung cấp nguồn điện cho ắcquy nên dễ bị tải 1.2.2 Hệ thống Hybrid song song: Trong hệ thống song song, động motor điện truyền lực tới trục bánh xe, mức độ tùy theo điều kiện khác Đó gọi hệ thống song song dịng lượng tới bánh xe song song Hệ thống có motor điện, lúc vừa vận hành bánh xe, vừa nạp điện vào bình ắc-quy Khi motor điện làm nhiệm vụ máy phát điện, dòng điện ắc-quy thay vai trò motor điện Đối với loại hệ thống này, hai nguồn động lực (điện xăng diesel) kết nối trực tiếp vào bánh xe truyền động lực cách độc lập đồng thời Nói đơn giản bánh xe dẫn động cách riêng biệt động điện động xăng (diesel) hai Động điện có chức Chức thứ chuyển hóa điện cung cấp từ ắc-quy thành Chức thứ hai chuyển hóa ngược lại từ thành điện để nạp lại cho ắc-quy Vì vậy, hệ thống song song tận dụng hai nguồn lượng cách hiệu Trong sơ đồ này, liên hệ khí trực tiếp động đốt bánh xe tơ thơng thường cịn có thêm động điện truyền động đến bánh xe Khi ô tô chạy xa lộ, nguồn dẫn động chủ yếu động đốt trong, động điện dùng gia tốc tơ cịn, chạy thành phố nguồn dẫn động chủ yếu động điện Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu song song Ưu điểm: + Công suất ô tô mạnh sử dụng hai nguồn lượng + Không cần dùng máy phát riêng động điện có tính giao hốn, lưỡng dụng làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy chế độ hoạt động bình thường, tổn thất cho cấu truyền đông trung gian + Động điện sử dụng loại đặc biệt có tính lưỡng dụng, khởi động động đốt dùng máy phát điện để nạp điện cho ắcquy, cung cấp lượng trường hợp xe cần lên dốc tăng tốc Nhược điểm: + Phức tạp chi phí cao + Cần khớp nối khí giống vi sai 1.2.3 Hệ thống Hybrid hỗn hợp: Hệ thống kết hợp hệ thống nối tiếp song song nhằm tận dụng tối đa lượng có ích sinh Nó có motor, tùy điều kiện khác mà xe lắp hệ thống kết hợp sử dụng đồng thời motor điện động điện hay sử dụng lượng nguồn điện để thu hiệu cao Thậm chí, cần thiết, hệ thống vừa vận hành trục bánh xe nạp điện vào máy phát Hệ thống hỗn hợp chiếm ưu chế tạo xe Hybrid Hệ thống tận dụng ưu điểm hệ thống kể trên, có nhiều phận chế tạo lắp đặt khó khăn hơn: Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu hỗn hợp Ưu điểm: + Có đầy đủ ưu điểm loại nối tiếp song song + Chế độ lái linh hoạt điều kiện lái khác Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp + Chi phí cao CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ MƠ HÌNH 2.1 Bộ cơng suất động Hybrid: 2.1.1 Hệ thống truyền lực hybrid dùng kết nối momen: Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị kết nối momen Một thiết bị kết nối mơ-men sơ đồ gồm có cổng có bậc tự Cổng đầu vào đơn hướng, cổng cổng vào chiều, không cổng vào lúc Cổng kết nối trực tiếp với ĐCĐT thơng qua hộp số khí Cổng kết nối trực tiếp với trục mô-tơ điện qua hộp số khí Cổng kết nối với bánh xe chủ động qua liên kết khí Nếu bỏ qua tổn thất giả sử cổng cổng vào lượng bánh xe là: T3ɷ3=T1ω1+T2ω2 Momen kết nối biểu diễn: T3 = k1T1 + k2T2 Với k1 k2 tham số cấu trúc kết nối momen Vận tốc góc ω1, ω2 ω3 quan hệ với nhau: ω3 = ω1/k1 = ω2/k2 Thiết bị kết nối momen có nhiều dạng khác nhau, số thiết bị như: truyền động bánh răng, đai hay sử dụng trực tiếp mô-tơ điện Mỗi thiết bị cho thông số k1 k2 khác Hình 2.2: Một số thiết bị kết nối momen Ưu điểm: + Kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, + Đặc tính kéo xe gần giống với đặc tính tối ưu, hiệu suất cao tổn hao qua truyền Nhược điểm: + nguồn động lực có dãi tốc độ 2.1.2 Hệ thống truyền lực hybrid dùng kết nối tốc độ: Hình 2.3: Sơ đồ thiết bị kết nối tốc độ Năng lượng cung cấp nguồn lượng có kết nối cách cộng tốc độ chúng Tương tự kết nối mô-men kết nối tốc độ có sơ đồ gồm cổng – bậc tự Cổng kết nối với ĐCĐT với dòng lượng đơn hướng Cổng kết nối với mơ-tơ điện truyền lực cuối, với dòng lượng chiều Bộ kết nối tốc độ khí có thuộc tính: ω3 = ω1k1 + ω2k2 Với k1 k2 số kết hợp với cấu trúc hình học thiết kế Trong số tốc độ, ω1, ω2 ω3, số chúng độc lập với điều khiển độc lập Do ràng buộc bảo tồn lượng, mơ-men xoắn liên kết biểu thức: T3 = T1/k1 = T2/k2 Một số thiết bị kết nối tốc độ điển hình như: bánh hành tinh, mơ-tơ có stato động Hình 2.4: Hệ bánh hành tinh Hình 2.5: Mơ tơ có stato động Khối để tính tốn phương trình mơ phỏng, bắt đầu mơ với giá trị an tồn Ở giá trị an toàn từ 1e-9 3.1.2.4 Khối Power split: Hình 3.4: Tỉ số truyền khối Power split Dùng phân chia tỉ số truyền Đó bánh hành tinh gồm có cần dẫn C, bánh bao R bánh mặt trời S Có tác dụng thay đổi tỉ số truyền dựa dẫn động động moto điện Ở tỉ số truyền 3.1.2.5 Khối Electric Generator: Hình 3.5: Sơ đồ khối Electric Generator Tín hiệu đầu vào: + Giá trị momen máy phát yêu cầu đưa vào khối Generator & drive chân Tref + Gía trị điện áp V thơng qua cảm biến dịng Current sensor đưa vào khối Generator & drive chân V+ + Sau khối Generator & drive tính tốn xử lý + Tín hiệu đầu ra: tốc độ máy phát điện Sau khí khối Generator & drive tính tốn xử lý đưa chân R thông qua cảm biến RPM sensor đưa tốc độ máy phát Sau giá trị tốc độ đưa vào đầu vào máy phát để xác định xem với tốc độ momen u cầu đủ hay chưa để điều khiển cách xác Máy phát điện đóng vai trị quan trọng: vừa tạo cung cấp lượng cho hệ thống khác xe hoạt động đồng thời tạo lượng cung cấp cho moto điện hoạt động 3.1.2.6 Khối Vehicle Dynamics: Hình 3.6: Sơ đồ khối Vehicle Dynamics Hai bánh xe trái phải nhận tín hiệu N A , : + N Tải trọng Fz tác dụng lên + A Tốc độ vịng quay trục bánh xe Hai bánh xe xuất tín hiệu H bánh xe , H phản lực theo phương ngang tác dụng lên bánh xe => Do tính vận tốc Phương trình cân lực kéo mj = Fk – Fc + Tổng lực kéo : Fk = Fnr + Fnf + Tổng lực cản : Fc = Fw +Fmđ Trong : j gia tốc + NR hình vẽ lực kéo bánh sau + NF hình vẽ lực kéo bánh trước + Wind velocity lực cản gió + Road incline lực cản từ mặt đường với góc beta Từ tính vận tốc bánh xe đưa qua hàm PSS để chuyển từ tín hiệu tỉnh sang tín hiệu số Vậy đưa tốc độ xe 3.1.2.7 Khối Electric Motor: Hình 3.7: Sơ đồ khối Electric Motor Ref_motor_rpm đưa vào khối Speed controller thông qua chân rpm_ref , chân khếch tán sử dụng với PID kết hợp với RPM sensor Từ chân kết hợp với đưa chân tín hiệu T_ref , sau đưa vào bên motor driver để điều khiển Trong : + Ref_motor_rpm tốc độ yêu cầu motor + Speed Controller xem vi xử lý + RPM sensor cảm biến tốc độ + T_ref chân tín hiệu bướm ga 3.1.2.8 Khối DC: DC Conventer: Hình 3.8: Sơ đồ khối DC:DC Conventer Khối DC:DC conventer biến đổi điện áp 201,6 V thành điện áp 12V nạp vào ắc quy phụ 3.1.2.9 Khối Battery: Hình 3.9: Sơ đồ khối Battery Battery có nhiệm vụ nạp lưu trữ điện…ln ln giữ có lượng đẻ cung cấp cho hệ thống điện xe Khối Battery bao gồm: + Nguồn 201.6 DC + Điện trở 0.05 Ohm: Dùng để dập tắt dòng điện tạo sử dụng mô tơ thiết bị điện khác + Bộ tính tốn Năng lượng, nạp, xả Battery + Cảm biến điện áp: Chuyển đổi điện áp đo sang tín hiệu đưa vào Bộ tính tốn cổng V-để xác định điện áp Battery + Cảm biến dòng điện: Chuyển đổi dòng điện đo sang tín hiệu đưa vào Bộ tính tốn cổng I-để xác định dòng Battery 3.1.3 Các bước mô phỏng: Để thực trình mơ ta tiến hành bước: + Xây dụng mơ hình mơ + Xác lập giá trị thơng số mơ hình + Xác lập điều kiện đầu + Lựa chọn cách thức xuất kết + Điều khiển việc thực thi q trình mơ 10 3.2 Mơ hình mơ phỏng: 3.2.1 Hệ thống Hybird nối tiếp: 3.2.1.1 Mơ hình: Hệ thống Hybrid nối tiếp (Series Hybrid Transmission) hệ thống dẫn động xe hybrid xe kéo bới mơ-tơ điện Mơ-tơ điện cung cấp lượng nguồn ắc-quy máy phát điện, dẫn động động đốt Bánh xe kéo mô tơ điện Mô-tơ điện lấy lượng từ nguồn ắc-quy máy phát điện Cụm động đốt máy phát có nhiệm vụ giúp ắc-quy bổ sung lượng cho mo-tơ kéo công suất tải yêu cầu lớn nạp lại cho ắc-quy công suất tải yêu cầu nhỏ dung lượng ắc-quy thấp Hình 3.10: Mơ hình hệ thống Hybrid nối tiếp Hình 3.11: Đồ thị công suất động điện xăng Hybrid nối tiếp Battery: Từ 0s -2s n engine ổn định, acqui nhận lượng từ máy phát, tăng tốc acqui cung cấp lượng cho motor kéo, giảm tốc động từ bánh xe bị thu hồi chuyển thành lượng điện sử dụng để sạc cho acqui máy phát Khi trì tốc độ 20m/s lượng từ acqui cung cấp cho motor điện Engine: tốc độ động ổn định nên công suất phát không đổi 11 Hình 3.12: Đồ thị tốc độ trục quay Hybrid nối tiếp Engine: Ban đầu thiết lập tốc độ ổn định cho động 15 m/s khoảng n = 2000v/p Generator: Số vòng quay máy phát ln số vịng quay động cơ, động dẫn động máy phát để cung cấp lượng cho thành phần khác Motor kéo: tăng tốc n motor kéo tăng ngược lại Hình 3.13: Đồ thị lượng điện hao phí Hybrid nối tiếp Khi tốc độ ổn định 15m/s lượng động cung cấp cho battery, gennerator motor kéo đủ dùng, mát xem không, tăng tốc tốc độ cao tiêu hao lượng từ battery máy phát tăng để cung cấp cho motor kéo quay nhanh lúc cơng suất từ đồng cung cấp khơng đổi Khi giảm tốc tổng lượng nạp lại nhận battery motor kéo từ thu hồi động từ bánh xe nên mát cơng suất Hình 3.14: Đồ thị lượng nhiên liệu sử dụng Hybrid nối tiếp 12 Do động hoàn toàn tách rời với bánh dẫn động nên động ln trì chế độ làm việc tối ưu nên tiêu hao nhiên liệu nhỏ 3.2.1.2 Ưu nhược điểm hệ thống: Ưu điểm: + Động tách rời với bánh dẫn nên tốc độ momen động độc lập với tốc độ momen u cầu ln trì làm việc vùng làm việc tối ưu với tiêu thụ nhiên liệu phát thải nhỏ + Sự ngắt kết nối động bánh xe cho phép động hoạt động vùng tốc độ cao + Khả gia tốc tốt khơng có qn tính hệ dẫn động khí, bánh đà,… + Khơng cần nhiều bánh dẫn động nên cấu tạo đơn giản + Có thể thay vi sai mơ-tơ điện nên nghiên cứu cho hệ dẫn động lái bánh không cần cần điều khiển làm phức tạp cho trình lái Nhược điểm: + Năng lượng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể + Máy phát mơ-tơ điện phải có độ lớn dung lượng định để đảm bảo yêu cầu kéo nên làm tăng đáng kể trọng lượng 3.2.2 Hệ thống Hybrid song song: 3.2.2.1 Mơ hình: Hệ dẫn động song song (Parallel Hybrid Transmission) cho phép động đốt mô-tơ kéo truyền công suất chung song song, trực tiếp tới bánh xe So với dẫn động nối tiếp loại khơng cần máy phát điện, mơ-tơ kéo nhỏ hiệu suất tổng cao Tuy nhiên việc điều khiển lại phức tạp kết hợp khí động đốt bánh xe Hình 3.15: Mơ hình hệ thống Hybrid song song 13 Hình 3.16: Đồ thị cơng suất động điện xăng Hybrid song song Battery: Từ 0s -2s xe chủ yếu trì tốc độ nhờ vào cơng suất engine, tăng tốc acqui cung cấp lượng cho motor kéo, giảm tốc động từ bánh xe bị thu hồi chuyển thành lượng điện sử dụng để sạc cho acqui, moto điện đóng vai trị máy phát Khi trì tốc độ 20m/s cần lượng cung cấp cho motor kéo động khơng đủ trì tốc độ cơng suất phát trì 15m/s Engine: tốc độ đông tăng xe tăng tốc giảm xe giảm nên đường công suất engine có dạng đường cong Hình 3.17: Đồ thị tốc độ trục quay Hybrid song song Engine: Ban đầu xe trì tốc độ ổn định 15m/s số vịng quay engine n = 2000v/ph, cịn moto điện n = 500v/ph Khi tăng tốc từ (2s – 8s) lương cung cấp từ acqui cho moto điện tăng làm tăng số vòng quay moto điện thơng qua hộp số số vịng quay engine tăng Và ngược lại giảm tốc Motor điện: tăng tốc n motor điện tăng ngược lại Hình 3.18: Đồ thị lương điện hao phí Hybrid song song 14 Khi tốc độ ổn định 15m/s lượng cung cấp cho xe chủ yếu đến từ engine, mát xem khơng có, tăng tốc trì tốc độ cao tiêu hao lượng từ battery tăng để cung cấp cho motor kéo quay nhanh lúc cơng suất từ đồng cung cấp khơng đủ dùng Khi giảm tốc tổng lượng nhận battery motor kéo từ thu hồi động từ bánh xe chuyển thành lượng điện nạp lại cho bình acqui moto điện mát cơng suất Hình 3.19: Đồ thị lượng nhiên liệu sử dụng Hybrid song song Do động sử dụng song song với moto điện tới trực tiếp bánh dẫn động nên lượng tiêu hao nhiên liệu hệ thống lớn 3.2.2.2 Ưu nhược điểm hệ thống: Ưu điểm: + Công suất xe mạnh sử dụng nguồn lượng + Bình ắc-quy nhỏ hoạt động động điện động nhiệt Nhược điểm: + Động điện, phận điều khiển mơ-tơ điện có kết cấu phức tạp Động nhiệt phải thiết kế lớn kiểu mắc nối tiếp + Tính nhiễm môi trường kinh tế nhiên liệu không cao 3.2.3 Hệ thống Hybrid hỗn hợp: 3.2.3.1 Mơ hình: Dẫn động hỗn hợp dùng bánh hành tinh để kết nối động đốt trong, mô-tơ điện truyền động với Động đốt nối với vành bánh hành tinh qua li hợp 1, sử dụng để nối ngắt động đốt với vành Mô-tơ điện nối với bánh mặt trời Khóa dùng để khóa bánh mặt trời roto mơ-tơ điện với khung xe Ly hợp dùng để nối tách bánh mặt trời với vành Bộ truyền động dẫn động bới cầu dẫn bánh hành tinh qua bánh trung gian 15 Hình 3.20: Mơ hình hệ thống Hybrid hỗn hợp Hình 3.21 : Đồ thị cơng suất động điện xăng Hybrid hỗn hợp Battery: Từ 0s -2s n engine ổn định, acqui nhận lượng từ máy phát, tăng tốc acqui cung cấp lượng cho motor kéo, giảm tốc động từ bánh xe bị thu hồi chuyển thành lượng điện sử dụng để sạc cho acqui máy phát Khi trì tốc độ 20m/s cần lượng cung cấp cho motor kéo động khơng đủ trì tốc độ cơng suất phát trì 15m/s Engine: tốc độ động ổn định nên công suất phát khơng đổi Hình 3.22: Đồ thị tốc độ trục quay Hybrid hỗn hợp 16 Engine: Ban đầu thiết lập tốc độ ổn định cho động 15m/s khoảng n = 2000v/p từ 2s đến 8s tăng tốc từ 12s đến 18s giảm tốc n giữ khoảng 2000v/p Vì trường hợp máy phát - bánh mặt trời có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ chiều kết hợp với tốc độ motor kéo - bánh bao bánh hành tinh để điều khiển xe Generator: tăng tốc n máy phát giảm xuống n motor kéo tăng n động không đổi ngược lại cho trường hợp giảm tốc Motor kéo: tăng tốc n motor kéo tăng ngược lại Hình 3.23: Đồ thị lượng hao phí Hybrid hỗn hợp Khi tốc độ ổn định 15m/s lượng động cung cấp cho battery, gennerator motor kéo đủ dùng, mát xem cân với công suất động tạo ra, tăng tốc trì tốc độ cao tiêu hao lượng từ battery máy phát tăng để cung cấp cho motor kéo quay nhanh lúc cơng suất từ đồng cung cấp không đổi không đủ dùng Khi giảm tốc tổng lượng nhận battery motor kéo từ thu hồi động từ bánh xe chuyển thành lượng điện nhỏ công suất từ máy phát phát để giảm tốc nên mát cơng suất Hình 3.24: Đồ thị lượng nhiên liệu sử dụng Hybrid hỗn hợp Do có phối hợp hệ thống song song hệ thống nối tiếp tùy theo điều kiện lái nên tốc độ cao xe tiêu hao nhiên liệu nhiều so với lúc tốc độ chậm 17 3.2.3.2 Ưu nhược điểm hệ thống: Ưu điểm: + Hệ thống hoạt động theo kiểu song song nối tiếp tùy vào điều kiện lái xe + Ở tốc độ cao hệ thống hoạt động theo chế độ song song, công suất truyền trực tiếp từ động đến bánh xe, lúc động chạy với hiệu gần cao + Ở điều kiện chạy chậm hay dừng xe, hệ thống chạy chế độ nối tiếp, công suất truyền từ động đến máy phát tới mơ-tơ, cho phép chạy với hiệu suất cao Nhược điểm: + Hệ thống phức tạp chi phí cao + Bắt buộc phải có máy phát điện khớp nối khí vi sai 18 CHƯƠNG KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận mơ hình mơ phỏng: Hình 4.1: Sơ đồ chạy mơ hình mơ Bảng so sánh hệ thống Hybrid: Cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu Tính lái xe Hệ thống Giảm thời gian chạy không tải Phục hồi tái sử dụng lượng Kiểm soát hoạt động hiệu suất cao Tổng hiệu suất Tăng tốc Công suất mức độ liên tục Nối tiếp Tốt Rất tốt Tốt Tốt Chưa tốt Chưa tốt Song song Tốt Tốt Chưa tốt Tốt Tốt Chưa tốt Hỗn hợp Rất tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt Tốt Tốt Mức tiêu hao nhiên liệu dạng hiệu tốt kiểu xe truyền thống Dạng nối tiếp tiêu tốn nhiên liệu hồn tồn dùng điện, dạng song song tốn nhiên liệu nhiều sử dụng song vừa động đốt vừa động điện, dạng hỗn hợp tốn song song nhiều nối tiếp tùy vào điều kiện lái mà sử dụng dạng kết nối song song nối tiếp lúc 19 Cơng suất xe dạng song song cho lớn dạng nối tiếp sử dụng loại động song song dạng lại không ổn định hỗn hợp Dạng hỗn hợp tỳ vào điều kiện lái mà chỉnh chế độ phù hợp với hoàn cảnh cho công suất tốt hơn, hợp lý Sử dụng lượng điện dạng song song dạng cịn lại chút dạng có động đốt cung cấp lượng Hệ thống nối tiếp mang lại êm dịu hồn tồn sử dụng điện cơng suất phát hạn chế Hệ thống song song mang lại công suất cao tùy vào điều kiện lái mà làm cho nhiên liệu trở nên hao phí Hệ thống hỗn hợp tự điều khiển cách sử dụng nhiên liệu tùy vào điều kiện lái, công suất phát ổn định hơn, nhiên liệu tiêu tốn hợp lý chế tạo, lắp ráp phức tạp phí cao Nhìn chung, tùy vào điều kiện lái mà lựa chọn kiểu hệ thống phù hợp, kiểu có cơng dụng ưu nhược điểm riêng 4.2 Kết luận đề tài: 4.2.1 Tính kinh tế xe Hybrid: Tiết kiệm lượng đường trường: Khi vận hành ô tô Hybrid đường trường, nguồn động lực lại động máy nổ động máy nổ đạt hiệu xuất cao chạy đường dài mạnh mẽ động điện Cách thiết kế giúp ô tô hybrid đạt gia tốc mạnh vận tốc cao tương tự loại ô tô truyền thống khác Thu hồi lượng: Ngồi tiết kiệm lượng q trình chuyển hóa lượng từ nhiên liệu sang cách hiệu hơn, tơ hybrid cịn thiết kế nhằm thu hồi lượng lượng bị hao phí qua q trình vận hành Đối với tơ thơng thường hãm lại, lượng chuyển hóa từ sang nhiệt làm nóng đĩa thắng (rotor) Đối với tơ Hybrid, chuyển hóa thành điện nạp lại vào pin điện, nhiều lượng hao phí trình vận hành xe thu hồi vào tái sử dụng Tuy nhiên ô tô hybrid trang bị thắng đĩa (break pad) ô tô thông thường trường hợp người lái cần hãm khẩn cấp Giới hạn: Khuyết điểm cơng nghệ hybrid hệ thống Pin Nạp Lại Được (Rechargable Battery) Giá thành pin đắt điều đáng ngại người dùng, người dùng tơ hybrid cũ; giá trị trung bình pin năm nghìn dollar Tuy nhiên, nhà sản xuất nghiên cứu phát triển nhiều giải pháp cho vấn đề như: tái chế pin cũ, phát triển kỹ thuật pin mới, nâng cao tuổi thọ pin v.v hứa hẹn mang lại nhiều cải tiến mới, giảm giá thành sản phẩm, đưa kỹ thuật hybrid đến với nhiều tầng lớp người dân có thu nhập thấp xã hội nhằm mục đích thay dần phương tiện giao thơng cũ, giảm thiểu lượng khí thải gây nhiễm môi sinh 4.2.2 Xu phát triển Hybrid nước phát triển: Vào đầu kỷ 20 nhà sản xuất xe Mỹ sử dụng động xăng, điện nước cách song song Họ sớm nhận hai hay nhiều động kết hợp lại làm tăng tính hiệu động Và kết giả thuyết động hybrid 20 (động xăng điện) đời vào năm 1905 kỹ sư người Mỹ phát minh Thời kỳ phát minh khơng người quan tâm động đốt cịn rẻ so với động xăng điện có cơng xuất Sau 70 năm, khủng hoảng dầu lửa xảy ra, vấn đề tiết kiệm nhiên liệu quan tâm nhiều lý để động hybrid nghiên cứu lại Tuy nhiên, 30 năm trước, số quy định nên động hybrid bị trì hỗn Ngày hơm xe Toyota Prius hay Honda Accord loại hybrid trở nên phổ biến, nhiều người tiêu dùng u thích Liệu hybrid có phải xu hướng xe tương lai? Một lý khiến hybrid ngày quan tâm môi trường sống Như biết động đốt thải khí carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) khí hydro-carbon (HC) chưa đốt, nhân tố gây nhiễm mơi trường Các tượng nóng lên tồn cầu hay tượng “El Nino” xảy phần hậu việc sử dụng động dầu diesel xăng Sự phát triển công nghệ hybrid giúp hạ giá thành nhiên liệu, theo ước tính lượng xe hybrid sản xuất tăng gấp đôi năm, dự báo lạc quan vào năm 2007 hay 2008 có khoảng triệu xe hybrid tiêu thụ thị trường Mỹ Nhưng không nên quên doanh số loại xe thông thường tăng lên, ví dụ có 200 ngàn xe Mỹ, sau 20 năm số lên tới 300 ngàn Năm 2006, thị trường Mỹ có 10 mẫu xe hybrid khác có giá từ 19,000 đơla tới 53,000 đôla Chiếc Honda Civic Toyota Prius coi xe thơng dụng có giá 30,000 đơla Mức giá khơng phải thấp compact sedan khơng q cao Trong vịng năm tới số xe hybrid lên đến 50 gồm nhiều hình dáng, kích thước giá Thực tế thật khó khuyên người tiêu dùng nên hay không nên dùng loại xe Có nhiều ưu điểm nhược điểm vấn đề mơi trường khiến định trở nên chủ quan Quyền định thuộc cá nhân mục đích sử dụng người khác Rõ ràng với xe hybrid, bạn tiết kiệm nhiều chi phí nhiên liệu Nhưng phải khẳng định thêm giá xe hybrid không tiết kiệm chút Tuy nhiên bạn muốn lái xe từ tốn thân thiện với môi trường xung quanh xe hybrid lựa chọn số 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Đề tài “Phân tích hệ thống truyền lực điều khiển xe Hybrid Prius Toyota ” Đồ án tốt nghiệp –Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2008 [2]: Đề tài “Ứng dụng matlab mô điều khiển xe lai kiểu hỗn hợp” Đồ án tốt nghiệp –Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2017 22 ... DỊNG XE HYBRID 1.1 Giới thiệu tổng quan dòng xe Hybrid: 1.1.1 Lịch sử: Những xe lai triển lãm Paris Salon năm 1899 Nó chế tạo Pieper, Liège Bỉ công ty truyền tải điện Vendovelli Priestly Pháp -Xe. .. tạo mẫu xe tiết kiệm nhiên liệu Ví dụ Toyota từ cuối 1997 mắt mẫu xe Hybrid giới Toyota Prius Sau Honda vào sản xuất Civic sửdụng động Hybrid 1.2 Các dạng dẫn động xe: 1.2.1 Hệ thống Hybrid nối... Hệ thống Hybrid nối tiếp (Series Hybrid Transmission) hệ thống dẫn động xe hybrid xe kéo bới mơ-tơ điện Mô-tơ điện cung cấp lượng nguồn ắc-quy máy phát điện, dẫn động động đốt Bánh xe kéo mô