CHƯƠN G2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XE HYBRID
2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 1 Các chế độ hoạt động
2.2.1 Các chế độ hoạt động
Đơn vị bánh răng hành tinh tạo thành khớp nối tốc độ để liên kết kết động cơ và motor / máy phát điện với nhau. Động cơ và motor / máy phát điện được kết nối với cần dẫn và bánh răng mặt trời tương ứng. Các bánh răng của bánh răng hành tinh được kết nối với bánh lái thông qua cần dẫn nối với bánh răng Z1, Z2, Z4, Z5, và bộ vi sai. Một motor kéo được kết nối với bánh lái thông qua bánh răng của Z3, Z2, Z4, Z5, và bộ vi sai để kết hợp các momen xoắn đầu ra của bánh răng bao và motor kéo lại với nhau.
Trong cấu hình này, một ly hợp và hai khóa được sử dụng. Ly hợp phục vụ cho việc kết nối hoặc ngắt kết nối động cơ với cần dẫn của bánh răng hành tinh. Khóa 1 được sử dụng để khóa hoặc nhả bánh răng mặt trời và trục của motor/ máy phát điện đến sườn xe.
Khoá 2 được sử dụng để khóa hoặc nhả cần dẫn đến sườn xe. Bằng việc điều khiển ly hợp, khóa, động cơ, motor / máy phát điện và motor kéo, nhiều chế độ hoạt động được sử dụng.
Hình 2.11 Sơ đồ của hệ thống truyền động
Chế độ khớp nối tốc độ: Trong chế độ này, motor kéo sẽ không hoạt động. các chế độ hoạt động như sau:
Chỉ có động cơ hoạt động: ly hợp làm việc ở chế độ hợp để kết nối động cơ đến cần dẫn, khóa 1 khóa bánh răng mặt trời đến sườn xe do vậy motor / máy phát điện không hoạt động. Dòng năng lượng được thể hiện dưới hình sau.
Hình 2.12 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có động cơ hoạt động PLG: Bánh răng hành tinh M/G: Motor/ máy phát TM: Motor kéo GB: Hộp số PPS: Ắc quy
Trong trường hợp này, động cơ tự cung cấp mô men xoắn cho bánh xe chủ động. Mối quan hệ tốc độ giữa động cơ và bánh xe:
Với ndw và ne là tốc độ của bánh xe chủ động và động cơ, và irw là tỷ số truyền từ bánh răng bao đến bánh xe được thể hiện :
Trong đó Z1, Z2, Z4, và Z5 là số răng của bánh răng Z1, Z2, Z4, và Z5.
Mối quan hệ mômen giữa bánh lái và động cơ :
Với Tdw là mô-men xoắn tạo ra tại bánh xe bởi momen xoắn động cơ Te, ηyr là hiệu suất từ cần dẫn đến bánh răng bao, và ηrw là hiệu suất từ bánh răng bao đến bánh lái.
Chỉ có motor / máy phát điện kéo: Trong chế độ này, động cơ sẽ tắt ; bộ ly hợp có thể hoạt động hoặc không và khóa 1 nhả bánh răng mặt trời và trục của motor / máy phát điện từ sườn xe; Khóa 2 khóa cần dẫn vào sườn xe. Trong trường hợp này, xe được vận hành bởi motor / máy phát điện.
Dòng năng lượng được thể hiện trong hình sau.
Hình 2.13 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy phát điện kéo
Mối quan hệ tốc độ và momen xoắn giữa motor / máy phát và bánh lái :
Và:
Với Tdw là mômen kéo trên bánh lái được tạo ra bởi mô men xoắn motor / máy phát điện Tm/g, và ηsr là hiệu suất từ bánh răng mặt trời đến bánh răng bao.
Cần lưu ý rằng motor / máy phát điện phải được vận hành ở góc phần tư thứ ba, nghĩa là vận tốc góc âm (ngược hướng với chiều quay động cơ).
Động cơ và motor / máy phát điện cùng hoạt động : Trong chế độ này khóa 1 và 2 nhả từ sườn xe. Vận tốc góc của bánh lái, động cơ, và motor / máy phát điện có mối quan hệ:
Và mômen xoắn có mối quan hệ
Trong đó b là một hằng số khi dòng công suất chạy từ motor /máy phát điện đến bánh răng mặt trời, nghĩa là nm/g <0, b = 1, ngược lại b = -1. Phương trình chỉ ra với tốc độ xe nhất định, tốc độ động cơ có thể được điều chỉnh bằng tốc độ motor / máy phát điện.
Phương trình trên chỉ ra rằng mô men động cơ, mô men motor / máy phát điện, mô men tải trên bánh xe dẫn động luôn luôn giữ một mối quan hệ cố định. Điều này ngụ ý rằng sự thay đổi bất kỳ thành phần momen xoắn nào đều sẽ gây ra thay đổi hai thành phần momen xoắn còn lại, làm cho các điểm hoạt động của động cơ và motor /máy phát điện thay đổi.
Dòng năng lượng được trình bày trong hình sau.
Hình 2.14 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor máy phát điện cùng hoạt động
Chế độ khớp nối mô-men: Khi motor kéo được nạp năng lượng, mô men xoắn có thể được thêm vào momen xoắn đầu ra của bánh răng bao để tạo thành chế độ khớp nối moment. Khi motor kéo được điều khiển ở chế độ motor hoặc phát điện, tạo ra sáu chế độ hoạt động cơ bản như sau:
Động cơ độc lập kết hợp với motor kéo : Chế độ này giống như chế độ kiểu song song.
Hình 2.15 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo
Động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện: Chế độ này giống như chế độ PPS sạc từ động cơ trong hệ thống truyền động Hybrid. Dòng năng
lượng được hiển thị trong hình
sau:
Hình 2.16 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện
Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo: Chế độ này động cơ được thay bằng motor / máy phát điện. Dòng năng lượng được thể hiện trong hình sau
Hình 2.17 Dòng năng lượng ở chế độ Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo
Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor phát điện:Chế độ này động cơ được thay bằng motor / máy phát điện. Chế độ này có thể không bao giờ được sử dụng vì nó sẽ tạo thành vòng tròn năng lượng, motor / máy phát điện hoạt động
nhờ PPS và cuối cùng đến PPS thông qua motor/ máy phát điện và motor kéo như trong hình sau:
Hình 2.18 Dòng năng lượng ở chế độ Motor máy phát điện hoạt động kết hợp với motor phát điện
Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo: Chế độ này sử dụng các chức năng đầy đủ của khớp nối tốc độ và khớp nối mô-men.
Có hai trạng thái hoạt động của motor / máy phát điện: motor và phát điện, các trạng thái hoạt động của motor / máy phát điện trong chế độ quay có thể được sử dụng tại tốc độ xe cao. Trong trường hợp này, tốc độ động cơ có thể bị giới hạn để thấp hơn tốc độ trung bình của nó, tránh tốc độ động cơ quá cao gây ra hiệu quả hoạt động thấp. Máy phát điện đóng góp tốc độ cho hệ thống truyền động để hỗ trợ tốc độ xe cao.
Tương tự, các trạng thái hoạt động có thể được sử dụng trong trường hợp tốc độ xe thấp.
Hình 2.19 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo
Trong trường hợp này, động cơ có thể được vận hành tại tốc độ thấp hơn tốc độ trung bình của nó để tránh tốc độ quá thấp, hiệu quả hoạt động có thể thấp. Motor / máy phát điện hấp thụ một phần năng lượng từ động cơ.
Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện: Động cơ và motor / máy phát điện hoạt động trong chế độ khớp nối tốc độ. Nhưng motor hoạt động trong chế độ phát điện được.
Hình 2.20 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện
❖ Phanh tái sinh: Khi xe đang phanh, motor kéo, motor / máy phát điện, hoặc cả hai có thể tạo ra mô men phanh và lấy lại một phần năng lượng phanh để sạc PPS. Trong trường hợp này , động cơ sẽ được ngắt.
Như đã thảo luận ở trên, có một số chế độ hoạt động có sẵn để sử dụng. Trong thiết kế chương trình điều khiển, không phải tất cả các chế độ trên đều được sử dụng, mà tùy vào thiết kế hệ thống truyền động, điều kiện lái xe, đặc điểm vận hành của các thành phần chính… mà quyết định dùng các chế độ hoạt động nào.