CHƯƠN G2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XE HYBRID
2.1.4 Bộ bánh răng hành tinh
Là bộ bánh răng hành tinh có kết cấu giống như bộ bánh răng hành tinh của hộp số tự động nhưng hoạt động thì khác hoàn toàn.
Sự sắp xếp hoàn hảo của các bánh răng hành tinh trong bộ phân chia công suất và cách ăn khớp giữa các bánh răng với nhau. Bánh răng ở trung tâm gọi là bánh răng mặt trời, các bánh răng bao xung quanh nó gọi là bánh răng hành tinh, các trục của bánh răng hành tinh được cố định với cần dẫn và nó quay xung quanh tâm của bánh răng mặt trời. Tất cả bánh răng hành tinh đều có kích thước bằng nhau và có cùng khoảng cách so với tâm quay.Vòng răng ở ngoài cùng gọi là bánh răng bao, nó ăn khớp với các bánh răng hành tinh. [10]
Hình 2.5 Bộ bánh răng hành tinh
Trong hệ thống Hybrid. Bộ bánh răng hành tinh dùng để phân chia công suất. Động cơ đốt trong (ICE) được kết nối với cần dẫn, mô tơ máy phát 1 (MG1) được kết nối với bánh răng mặt trời và mô tơ máy phát 2 (MG2) được kết nối với bánh răng bao.
Tất cả các bánh răng trên đều quay tròn khác nhau và tốc độ thay đổi. Theo kiểu này thì tốc độ của ICE và MG2 có thể thay đổi. MG2 vừa là mô tơ vừa là máy phát có tốc độ thay đổi lớn đến 6500 v/p, MG2 được kết nối với các bánh xe chủ động qua hệ thống truyền động. Khi tốc độ lực truyền từ MG2 đến vòng răng thay đổi thì tốc độ của xe thay đổi, nếu thay đổi tốc độ trực tiếp
của ICE (MG2=0) thì tốc độ của xe không trực tiếp thay đổi. ICE có thể quay chậm hoặc nhanh tùy thuộc vào công suất cần thiết phải phát ra và khi có sức cản hoặc sự trợ giúp từ động cơ máy phát thì xe có thể chạy trong suốt quá trình động cơ hoạt động.
Tốc độ quay của MG1, MG2 và ICE phụ thuộc lẫn nhau. Tốc độ quay của MG1 sẽ thay đổi khi thay đổi MG2 hoặc ICE hoặc thay đổi cả hai.
ICE bị giới hạn tốc độ. Nó cũng có thể dừng hẳn, nhưng ở tốc độ khoảng từ 0 đến 800 v/p thì ICE không thể hoạt động có hiệu quả. ECU nhận biết và nó dừng ICE. ICE sẽ được khởi động trở lại bởi MG1 khi cần công suất cao hơn hoặc số vòng quay cao hơn.
Động cơ đốt trong ICE được kết nối với cần dẫn. Khi cần dẫn quay, các bánh răng hành tinh ăn khớp có xu hướng tác động đến bánh răng mặt trời và bánh răng bao làm bánh răng mặt trời và bánh răng bao quay cùng chiều với nó. Bằng cách lựa chọn cẩn thận số răng của bánh răng mặt trời và bánh răng bao. Hãng Toyota tìm được kích thước bộ phân chia công suất hợp lý, qua đó xác lập tỉ lệ phân phối là 72% mô men truyền đến bánh răng bao và 28% mô men truyền đến bánh răng mặt trời.
❖ Tính toán:
Mối quan hệ về vận tốc góc, moment xoắn trong bộ phân chia công suất:
Hình 2.6 Bộ phân chia công suất
Trong đó: ny, ns, nr lần lượt là vận tốc góc của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng bao. ❖ Momen xoắn: Ty = -kysTs = -kyrTr Thành phần Tốc độ Moment Bánh răng mặt trời Bánh răng bao Cần dẫn
Bảng 2.5 Mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ phân chia công suất
Trong đó: Ty, Ts, Tr lần lượt là momen xoắn của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng bao. Và kys = 1+ig ; kyr =
Khi một trong các bộ phận bộ bánh răng hành tinh bị khóa, lúc này nó bộ bánh răng hành tinh sẽ trở thành bộ bánh răng thường với một đầu vào và một đầu ra. Mối quan hệ đó được biểu diễn dưới đây: Đối với xe lai kiểu hỗn hợp sử dụng bộ bánh răng hành tinh làm khớp nối tốc độ, sẽ có rất nhiều lựa chọn khác nhau trong việc kết nối các bộ phận của bộ bánh răng hành tinh đến hệ thống truyền động:
Hình 2.7 Các cách bố trí sơ đồ truyền động
Qua đó tính toán việc kết nối động cơ-cần dẫn, bánh răng bao-bánh xe chủ động, bánh răng mặt trời-motor sẽ là sự lựa chọn hợp lý. Ở cách kết nối này, động cơ sẽ hoạt động tối ưu, giảm được kích thước của motor/máy phát, tiết kiệm chi phí, hiệu suất hoạt động tốt.
Lúc này, momen xoắn của động cơ (Te) , motor (Tm) sẽ có mối liên hệ: Te = -kysTm
Tốc độ xe Công suất Tốc độ quay
động cơ Tốc độ quay MG1 40 dặm/giờ 3.6kW 1,300 vòng/phút - 1,470 vòng/phút 50 dặm/giờ 5.9kW 1,500 vòng/phút - 2,003 vòng/phút 60 dặm/giờ 9.2kW
Bảng 2.6 Mối liên hệ giữa tốc độ xe và công suất ứng với tốc độ quay động cơ và mô tơ