Hiện tại đã có rất nhiều hãng đƣa ra những chiếc Ô tô Hybrid trên thị trƣờng nhƣ Toyota Prius, Camry Hybrid của Toyota, Civic Hybrid, Honda Insight của Honda, Ford Fusion, Ford C-Max, Ford Escape Hybrid của Ford. Trong đó Toyota Prius đang là mẫu xe bán chạy nhất trong dòng xe này.
Hệ thống truyền lực
Prius là 1 trong những xe Hybrid của hãng Toyota kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện theo kiểu hỗn hợp. Với động cơ đặt trƣớc và cầu trƣớc chủ động.
Động cơ điện một chiều:
- Công suất 50 kW (67HP).
- Mô men / Số vòng quay cơ bản. 400 Nm / 600 vòng/phút.
Hình 2.11: Động cơ điện của hệ thống thu hồi lực phanh.
- Một mô tơ điện có thể hoạt động đƣợc ở chế độ máy phát đƣợc lắp trên xe Hybrid có nhiệm vụ tạo ra nguồn động lực trong quá trình chuyển động hoặc tăng tốc. Đồng thời có vai trò là máy phát để thu hồi năng lƣợng phanh và nạp cho ắc quy.
36
Hiển thị hệ thống thu hồi trên bảng điều khiển.
Hình 2.13. Màn hình hiển thị trên bảng điều khiển.
Trên bảng điều khiển đƣợc bố trí màn hình thông báo cho ngƣời lái biết tình trạng làm việc của hệ thống thu hồi năng lƣợng phanh. Hình 2.23.
Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter)
Hình 2.14 . Bộ chuyển đổi điện.
Bộ chuyển đổi biến dòng điện một chiều từ ắc-quy điện áp cao (HV Batterry) thành dòng xoay chiều làm quay motor điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp điện cho ắc-quy. Về cấu tạo, nó gồm một bộ khuếch đại điện năng để tăng điện áp đƣợc cung cấp lên đến 500V đồng thời nó đƣợc trang bị một bộ chuyển đổi dòng một chiều để nạp điện cho ắc-quy phụ của xe
37
và một bộ chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa của xe hoạt động.
Ắc-quy điện áp cao. (HV Battery - High Volt Battery)
Ắc-quy chính của xe đƣợc bảo vệ trong một vỏ niken-kim loại hyđrua chắc chắn hơn và có mật độ năng lƣợng cao hơn so với bình thƣờng. Thƣờng gồm 120- 250 cặp cực ắc-quy với điện áp chuẩn là 144V-350 Volt (1,2V/cặp cực ắc-quy) đƣợc nạp điện bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi xe chạy bình thƣờng và tổ hợp MG2 trong suốt quá trình hãm tái sinh năng lƣợng.
Hình 2.15: Ắc-quy điện áp cao trên Toyota Prius
Các hãng xe Ford Escape Hybrid, Honda Insight, Civic Hybrid và Toyota Prius đều sử dụng những pin hyđrua kim loại kiềm (NiMH), công nghệ pin giống nhƣ trong điện thoại di động và máy tính xách tay. Hệ thống hybrid của Prius là sự kết hợp của 38 mô đun chứa 228 pin điện riêng biệt với tổng công suất lên tới 273,6 V. Xe của Honda thì dùng 120 pin điện, tổng công suất 144 V; Ford 250 pin, công suất 330 V.
Sơ đồ hệ thống điều khiển hệ thống phanh xe Toyota Prius.
Hệ thống phanh xe Toyota Prius sử dụng hệ thống phanh thủy lực với cơ cấu phanh đĩa kết hợp với hệ thống thu hồi năng lƣợng ở cầu trƣớc chủ động có hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS nhƣ trên hình 2.16
Khi đạp bàn đạp phanh cảm biến vị trí bàn đạp phanh sẽ gửi tín hiệu tới bộ điều khiển. Đồng thời các tín hiệu tốc độ bánh xe, áp suất hệ thống phanh thủy lực và đặc tính nạp điện của Ắc quy cũng đƣợc gửi tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ phân tích và đƣa ra tín hiệu điều khiển cho hệ thống phanh thu hồi làm việc. Hệ
38
thống phanh ABS nhận các tín hiệu tốc độ bánh xe để điều khiển độ trƣợt tránh cho bánh xe không bị bó cứng.
Hình 2.16 Hệ thống điều khiển thu hồi năng lượng phanh Toyota Prius (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết luận:
Trong chƣơng này đã nghiên cứu về nguyên lý hệ thống thu hồi năng lƣợng phanh sử dụng động cơ điện. Hệ thống thu hồi này có ƣu điểm tiết kiệm nhiên liệu cho Ô tô Hybrid. Tuy nhiên hệ thống thu hồi không thể làm việc độc lập vì mô men phanh sinh ra nhỏ hơn so với mô men phanh yêu cầu của Ô tô. Vì vậy hệ thống phanh thu hồi phải đƣợc kết hợp với hệ thống phanh cơ khí để đảm bảo đƣợc hiệu quả phanh cho Ô tô. Khi kết hợp 2 hệ thống phanh sẽ có nhiều phƣơng án bố trí. Có thể cả 2 hệ thống cùng làm việc hoặc hai hệ thống làm việc nối tiếp nhau. Từ đó có các phƣơng án bố trí hệ thống phanh nối tiếp và phanh song song. Hệ thống phanh nối tiếp có loại ƣu tiên hiệu quả phanh và loại ƣu tiện hiệu quả thu hồi năng lƣợng.
Qua những nghiên cứu đó chọn ra phƣơng án thu hồi tối ƣu để từ đó đƣa ra thuật toán điều khiển để tính toán và khảo nghiệm đánh giá ở các chƣơng sau.
39
CHƢƠNG III: MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƢỢNG PHANH TRÊN XE Ô TÔ HYBRID.
Mục tiêu trong chƣơng này là xây dựng mô hình động lực học để tính toán hiệu quả của hệ thống thu hồi nhƣng vẫn đảm bảo đƣợc tính ổn định và hiệu quả khi phanh. Mô hình khảo sát là mô hình phanh ½ khi phanh xe trên đƣờng bằng có hệ thống thu hồi năng lƣợng phanh kết hợp với hệ thống phanh thủy lực và có hệ thống chống bó cứng ABS. Từ đó lập các hệ phƣơng trình tính toán hệ thống phanh thủy lực thông thƣờng, hệ thống phanh thu hồi và điều khiển hệ thống theo thuật toán.