HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỰ PHỐI HỢP LĂM VIỆC

4. KHẢO SÂT SỰ PHỐI HỢP LĂM VIỆC CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ – MÂY PHÂT –

4.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỰ PHỐI HỢP LĂM VIỆC

thống điều khiển Hybird lựa chọn tốt nhất sự kết hợp của hai nguồn động lực đú phụ thuộc văo sự điều khiển của người lõi xe.

− Trớn ’01_’03 Prius sử dụng THS (Toyota Hybrid System).

− Τrớn ’04 & Sau đú Prius sử dụng THS_ II, trong đú về cơ bản thỡ mụ hinh cũng giống như trước, nhưng đờ cú những cải tiến cho MG1 vă MG2, ắc quy vă động cơ.

4.3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển.

Hỡnh 4-21 Sơ đồ hệ thống điều khiển. Thănh phần hệ thống điều khiển Hybrid bao gồm:

- Bộ truyền động Hybrid gồm MG1, MG2, vă bộ chia cụng suất. - Động cơ 1NZ – FXE.

- Cụm chuyển đổi gồm một bộ chuyển đổi, bộ khuếch đại điện năng, bộ chuyển đổi dũng một chiều A/C, bộ chuyển đổi dũng xoay chiều DC – DC.

- HV ECU, nú nhận thụng tin từ những cảm biến vă gửi những kết quả đờ được xử lý tới ECM, cụm chuyển đổi, ắc quy ECU vă ECU điều khiển trượt để điều khiển hệ thống Hybrid.

- Cảm biến vị trớ băn đạp ga, cảm biến năy chuyển húa gúc mở của băn đạp ga thănh một tớn hiệu điện õp.

- ECU điều khiển trượt nú điều khiển phanh lăm tõi sinh. - ECM điều khiển lăm việc của động cơ nhiệt.

- Ắc quy điện õp cao.

- Ắc quy ECU theo dừi điều khiển quõ trỡnh nạp cho ắc quy điện õp cao vă điều khiển quạt lăm mõt.

- Những cụng tắc điện dựng để đúng ngắt dũng điện.

- Hệ thống rơ le chớnh SMR (System Main Relay) dựng để kết nối vă ngắt nguồn điện của ắc quy điện õp cao.

- Ắc quy phụ, loại ắc quy DC12V duy trỡ vă cung cấp dũng điện một chiều ổn định cho cõc thiết bị như đỉn xe, hệ thống đm thanh, cõc ECU điều khiển.

4.3.2. Điều khiển phối hợp mõy phõt, động cơ điện vă ắc quy điện õp cao.

Giữa MG1, MG2 vă ắc quy điện õp cao được điều khiển bởi bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi biến dũng điện một chiều từ ắc quy điện õp cao thănh dũng xoay chiều lăm quay mụ tơ điện hoặc biến dũng xoay chiều từ mõy phõt thănh dũng điện một chiều để nạp điện cho ắc quy. HV ECU điều khiển kớch hoạt cụng suất của những tranzito. Ngoăi ra, bộ chuyển đổi cũn dựng để truyền thụng tin để điều khiển dũng như cường độ dũng điện hay điện õp đầu ra tới HV ECU. Về cấu tạo, nú gồm một bộ khuếch đại điện năng để tăng điện õp được cung cấp lớn đến 500V đồng thời nú được trang bị một bộ chuyển đổi dũng một chiều để nạp điện cho ắc quy phụ của xe vă một bộ chuyển đổi dũng xoay chiều để cấp điện cho mõy nĩn trong hệ thống điều hũa của xe hoạt động.

a) Bộ khuếch đại điện năng.

Bộ khuếch đại điện năng để tăng điện õp từ 201.6 v tới điện õp đạt cực đại 500 v ở ắc quy điện õp cao. Để tăng điện õp, bộ biến đổi sử dụng một bộ khuếch đại IPM (Intergrated Power Module) được gắn văo một IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) để đảo mạch điều khiển, vă một cuộn cản để lưu trữ năng lượng.

Khi MG1 hay MG2 cú vai trũ như lă một mõy phõt, thỡ bộ chuyển đổi sẽ chuyển đổi dũng xoay chiều (từ 201.6V tới 500V) được tạo ra bởi mo tơ điện thănh dũng một chiều,

sau đú bộ khuếch đại điện õp sẽ cung cấp điện õp 201.6V để nạp lại cho ắc quy điện õp cao.

Hỡnh 4-22 Sơ đồ bộ chuyển đổi. b) Sơ đồ bộ chuyển đổi dũng một chiều.

c) Sơ đồ bộ chuyển đổi dũng xoay chiều

Hỡnh 4-24 Sơ đồ bộ chuyển đổi dũng xuay chiều.

4.3.3. Điều khiển phối hợp động cơ điện vă động cơ nhiệt.

Sơ đồ điều khiển động cơ điện theo tải, cấp tớn hiệu lă điện õp văo bộ biến đổi để điều khiển động cơ điện. Do đú, để điều khiển đồng thời động cơ nhiệt vă động cơ điện khi vi sai lăm việc, cần chuyển tớn hiệu điện thănh tớn hiệu cơ để kĩo cần ga động cơ đốt trong. Ở đđy dựng motor bước để chuyển tớn hiệu điện õp thănh cơ năng để điều khiển cần ga của động cơ đốt trong theo tải yớu cầu. Dưới đđy lă sơ đồ khối điều khiển phối hợp động cơ nhiệt vă động cơ điện:

Hỡnh 4-25 Sơ đồ khối điều khiển phối hợp động cơ nhiệt vă động cơ điện

- 1 tớn hiệu từ băn đạp ga; - 2 bộ tạo tớn hiệu điện õp; - 3 mạch điều khiển động cơ điện; - 4 lă động cơ điện;

- 5 động cơ bước; - 6 động cơ đốt trong.

Hỡnh 4-26 Động cơ bước.

Cú nhiều loại motor bước, như loại một cực, loại lưỡng cực, loại một pha, lọai nhiều pha...Loại motor bước một pha thỡ thường được dựng cho đồng hồ thạch anh.

Trong phần năy đề cập đến sự vận hănh của động cơ bước kiểu motor bước loại hai pha một cực nam chđm vĩnh cửu. Trong loại motor bước nam chđm vĩnh cửu, từ trường vĩnh cửu được dựng trong rotor vă cuộn cảm đặt văo stator. Đđy lă loại motor bước hiện đại cú bốn cực được biểu diễn ở hỡnh bớn. Trong loại motor năy, gúc cho mỗi bước lă 90°. Như loại motor bốn cực, phần đỉnh vă đõy, mỗi cạnh bớn lă một cực. Cuộn X, cuộnX, cuộn Y, cuộnY tương ứng với nhau. Vớ dụ, cuộn Y vă cuộnY lă được đặt văo cực cao hơn vă cực thấp hơn. cuộn Y, cuộn Y lă hai cực đối diện nhau, khi cho dũng đi văo cuộn Y thỡ dũng sẽ tiếp tục đi văo cuộnY. Vă tương tự như vậy ở cuộn X, cuộnX.

Để tắt motor bước ta điều khiển dũng điện đi văo X, X, Y, Y. Tốc độ quay của rotor vă điều khiẻn bật tắt motor cú thể được điều khiển như dưới đđy.

, , and are controlled in the following order. Step angle 0 1 0 1 0° 1 0 0 1 90° 1 0 1 0 180° 0 1 1 0 270° "0" means grounding.

, , and are controlled in the following order. Step angle

0 1 0 1 0°

0 1 1 0 -90°

1 0 0 1 -270° "0" means grounding.

Trớn hỡnh ta thấy rằng rotor lă cố định ở giữa hai cực stator. Khi một bớn của stator cú tớnh phđm cực, thỡ xảy ra sự phục hồi của từ trường. Kết quả lă vũng quay của rotor khụng đổi.

Đặc tớnh của motor bước lă cú thể điều khiển chớnh xõc gúc quay vă cố định vũng quay (nú lă kết quả của quan hệ với tớn hiệu điều khiển. Tuy nhiớn, vỡ rotor cố định do từ trường của stator quay tạo ra được biểu diễn như ở nguyớn tắc vận hănh, cụng suất quay ( mụmen quay) lă lớn. Nú phự hợp chon việc dừng ở một văi gúc.

Động cơ cú số lần dừng lă 48 bước vă cú gúc mỗi bước lă 7.5°. Cõch để điều khiển tương tự như vớ dụ trớn. Nú hoạt động khi điều khiển dũng điện của cõc cuộn X, cuộnX, cuộn Y, cuộnY. Trong trường hợp điều khiển theo chiều kim đồng hồ được thể hiện ở dưới. Sự phối hợp của X, X, Y, Y vă lặp lại cho mỗi cực.

Step angle 0 1 0 1 0.0° 1 0 0 1 7.5° 1 0 1 0 15.0° 0 1 1 0 22.5° 0 1 0 1 30.0° 1 0 0 1 37.5° 1 0 1 0 45.0° 0 1 1 0 52.5° 0 1 0 1 60.0° 1 0 0 1 67.5° 1 0 1 0 75.0° 0 1 1 0 82.5° 0 1 0 1 90.0° 1 0 0 1 97.5° 1 0 1 0 105.0° 0 1 1 0 112.5° 0 1 0 1 120.0° 1 0 0 1 127.5° 1 0 1 0 135.0° 0 1 1 0 142.5° 0 1 0 1 150.0° Step angle 0 1 0 1 180.0° 1 0 0 1 187.5° 1 0 1 0 195.0° 0 1 1 0 202.5° 0 1 0 1 210.0° 1 0 0 1 217.5° 1 0 1 0 225.0° 0 1 1 0 232.5° 0 1 0 1 240.0° 1 0 0 1 247.5° 1 0 1 0 255.0° 0 1 1 0 262.5° 0 1 0 1 270.0° 1 0 0 1 277.5° 1 0 1 0 285.0° 0 1 1 0 292.5° 0 1 0 1 300.0° 1 0 0 1 307.5° 1 0 1 0 315.0° 0 1 1 0 322.5° 0 1 0 1 330.0°

1 0 0 1 157.5° 1 0 1 0 165.0° 0 1 1 0 172.5° 1 0 0 1 337.5° 1 0 1 0 345.0° 0 1 1 0 352.5°

b) Điều khiển điện õp văo.

Hỡnh 4-27 Sơ đồ điều khiển điện õp văo.

Đđy lă mạch điều khiển điện õp văo được tạo bởi vũng quay của động cơ văo bộ PIC. Điện õp văo được chuyển đổi bởi bộ chuyển đổi A/D. Chức năng của bộ PWM của CCP lă thay đổi hoạt động của động cơ. Đđy lă sơ dồ mạch theo thời gian, một motor nhỏ được dựng như một mõy để tạo ra số vũng quay của motor. Điện õp đặt văo (điện õp điều khiển) đến PIC lăm chuyển đổi số vũng quay của motor. Theo cõch khõc cú thể được sử dụng để tỡm ra số vũng quay của motor. Đú lă cần thay đổi điện õp văo phự hợp với số vũng quay của motor. PIC điều khiển dũng điện chạy trong motor từ đú diều khiển được giõ trị điện õp đặt văo motor. Khi số chu kỳ của motor giảm xuống thỡ điều khiển điện õp tăng lớn, điều khiển dũng đạt văo motor tăng vă lăm tăng số chu kỳ. Khi điện õp điều khiển đạt đĩn giõ trị điều chỉnh , dũng đạt đĩn điểm dừng. Ngược lại khi số vũng quay của motor cao, thỡ điện õp được điều khiển cao, dũng điện của motor sẽ giảm vă lăm giảm số vũng quay xuống. Khi đạt đĩn giõ trj điều chỉnh, dũng điện đạt đến điểm dừng.

DB1 lăm cho sự phđn cực của motor giảm đi. Khi đú sẽ khụng bao giờ xảy ra lỗi khi kết nối, khụng cần thiết phải sử dụng nú. Khi điện õp motor đạt đĩn tốc độ nhỏ, tốt hơn hết lă khụng nớn đặt nú văo.

D1 dựng để bảo vệ PIC khi điện õp motor cao, C1 lă đường vũng để khuyếch đại sự tỡm kiếm của motor.VR1 lă điện trở thay đổi đặt văo số vũng quay của motor chớnh. Điện õp đặt văo của PIC sẽ thấp khi VR1 đúng bớn cạnh 1 vă PIC tăng dũng điều khiển đi văo motor. Nghĩa lă chu kỳ tuần hoăn của motor tăng. Điện õp đặt văo của PIC cao khi VR1

đúng ở bớn cạnh 3 vă PIC giảm dũng điều khiển của motor. Nghĩa lă chu kỳ của motor giảm.

Hỡnh 4-27 Sơ đồ sự vận hănh động cơ bước.

Chức năng điều chỉnh độ rộng xung của bộ PIC được dựng cho điều khiển dũng điện đến vận hănh motor. Bộ điều chỉnh độ rộng xung đưa dữ liệu đến CCP1. Khi thời gian điều khiển lăm cho độ rộng xung của CCP1 ở cấp H lă ngắn, thời gian ON ( cấp L) dăi hơn ở TR2. Cú nghĩa lă dũng điện điều khiển của motor tăng. Ngược lại khi cấp độ thời gian lă H độ rộng xung của CCP1 lă dăi, thời gian ON của TR2 ngắn vă dũng điều khiển motor giảm.

Nhiệm vụ của xung của bộ CCP1 lă điều khiển điện õp được lấy từ nguồn điện õp văo. Khi giõ trị điện õp điều khiẻn cao hơn giõ trị điều chỉnh, thời gian ở cấp H của bộ tạo xung PCC1 dăi vă số vũng quay của motor lă thấp. Khi điện õp điều khiển thấp hơn giõ trị điều chỉnh, thời gian ở cấp H của xung PCC1 lă ngắn vă số vũng quay của motor tăng lớn.

Dựng bộ chuyển kớnh N-channel MOS FET cho điều khiển động cơ. Bộ P-Channel MOS FET cú thể được dựng. Trong trường hợp năy, nhiệm vụ điều khiển của PCC1 trở nớn đối ngược. Nú trở thănh thấp tốc khi cấp H của xung lă ngắn vă khi dăi, nú trở nớn cao tốc. Cõch liớn kết giữa motor vă FET trở nớn đối ngược. Trong trường hợp năy, năng lượng của transitor cho FET cú thể lấy từ nguồn bớn ngoăi của P-FET.

Bởi vỡ cụng suất ra của motor được dựng trong thời gian dăi, đú lă vấn đề sẽ lăm cho tốc độ của motor sẽ bị phõ vỡ. Do đú dũng điện đặt văo sẽ bị ngắn mạch bởi điện trở nối nối tiếp.Tham khảo motor bước sau:

Mờ sản phẩm:

Nguồn cấp: 20-40VDC 3A Bước cơ bản: 0.72 độ 80 vi bước:0.009 ~ 0.72 độ Dũng trớn một pha: 1.4A/phase

4.3.4. Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ điện.

Toăn bộ hoạt động của hệ thống động cơ được điều khiển thụng qua một bộ điều khiển gọi tắt lă bộ điều khiển động cơ (DC motor controller). Bộ điều khiển nhận tớn hiệu từ băn đạp ga . Để chuyển đổi chế độ hoạt động “bỡnh thường” hoặc “tăng tốc”, nhấn nỳt điều khiển để chuyển đổi chế độ hoạt động của xe thụng qua nỳt điều khiển lăm cho bộ đồng tốc di chuyển sang phải ăn khớp với bộ bõnh răng tốc độ cao khi đú tốc độ của xe được tăng lớn, cần chuyển hướng tiến hoặc lựi thỡ ta bật cụng tắc tiến hoặc lựi nhờ bộ rơ le

điện từ sẽ đảo chiều của dũng điện đi văo cuộn kớch từ. Bộ thay đổi điện õp cấp cho động cơ điện. 8 7 6 2 1 3 ĐK3 4 ĐK1 R 3 ĐK2 +48v -48v 24v S1 S2 2 36v 12v 5 A2 A1 - - - + + + - + 1

Hỡnh 4-28 Sơ đồ điều khiển động cơ điện.

1 - Bộ nguồn ắc quy; 2 - Khúa điều khiển; 3 - Điều khiển ở chđn ga; 4 - Bộ điều khiển động cơ; 5 - Rơ le đúng mạch; 6 - Cụng tắc điều khiển tiến, lựi; 7 - Rơ le đảo chiều; 8 - Động cơ điện.

+ - u ukt Ikt Tải Rkt 24V + - 0V +48V

ĐỘNG CƠ ĐIỆN BỘ RƠ LE ĐIỆN TỪ CễNG TẮC ĐK TIẾN -LÙI A A1 B B1 a b

Hỡnh 4-29 Sơ đồ mạch đảo chiều động cơ điện.

Nguyớn lý hoạt động: Khi đúng khúa điều khiển (2) nguồn điện từ ắc quy, một nguồn 36V cấp cho bộ điều khiển động cơ thụng qua khúa ở chđn ga (khi chưa đạp ga thỡ khúa ở chđn ga mở dũng điện chưa được cấp cho bộ điều khiển động cơ), một nguồn 12V vă 24V qua một rơ le điện tử điều khiển rơ le điện tử từ (5) đúng mạch đưa nguồn điện 48V văo

phần ứng của động cơ vă cũng cho điện õp 48V đi văo bộ điều khiển động cơ. Khi người điều khiển bật cụng tắc điều khiển (6) sang vị trớ (a) tiến lăm cho bộ rơ le điện từ điều khiển đúng lại nguồn được cung cấp cho cuộn kớch từ của động cơ, khi cần xe chuyển động người lõi xe đạp ga đúng mạch (36V) cấp cho bộ điều khiển đồng thời thụng qua con biến trở ở chđn ga mă dũng điện được cấp cho động cơ lớn hay nhỏ tựy theo vị trớ con biến trở ở chđn ga, khi băn đạp ga mở hết lă lỳc con biến trở đạt giõ trị nhỏ nhất dũng điện qua động cơ lă lớn nhất. Khi cần lựi người điều khiển, dừng xe lại (nhờ cơ cấu phanh), bật cụng tắc điều khiển (6) sang vị trớ (b), do đú dũng điện đi văo động cơ ngược lại lăm cho động cơ đảo chiều quay vă tốc độ cũng giảm xuống (do dũng điện giảm) thụng qua hệ thống động lực lăm cho động cơ chuyển động ngược lại.

Ở hệ thống năy cần lưu ý rằng, băn đạp ga cú hai nhiệm vụ riớng biệt lă điều khiển đúng ngắt một cụng tắc vă một biến trở. Để tạo tớn hiệu cho bộ điều khiển để điều khiển động cơ.

4.3.5. Sơ đồ điều khiển động cơ nhiệt.

8 SCR 11 10 9 D1 D2 C 6 7 2 4 3 5 1

Hỡnh 4-30 Sơ đồ điều khiển động cơ nhiệt.

1. Khoaự cođng taĩc; 2. Nguoăn aĩc quy;

3. Nuựt nhaõn ủeă; 4. Rụle ủeă;

5. Maựy khụỷi ủoụng ủieụn; 6. Bođ-bin lửỷa;

7. Boụ nguoăn kớch(Nguoăn ủieău khieơn); 8. Boụ CDI;

9. Bođ-bin ủaựnh lửỷa; 10.Bu-gi;

11.Cođng taĩc maựy.

Nguyeđn lyự laứm vieục: Muoõn cho maựy noơ, ủoõng cođng taĩc (1) →nhaõn nuựt khụỷi ủoụng

khụỷi ủoụng moụt tửứ trửụứng laứm cho rụ le (4), Luực naứy moụt doứng ủieụn lụựn tửứ aĩc quy ủửụùc

ủửa ủeõn maựy khụỷi ủoụng (5) → masse. Doứng ủieụn naứy laứm cho Rođto maựy khụỷi ủoụng

quay, khụựp truyeăn seừ truyeăn chuyeơn ủoụng tửứ trỳc rođto qua loừi heụ thoõng baựnh xe raớng,

nhođng seđn vaứ daờn ủeõn coõt maựy ủoụng cụ laứm cho coõt maựy quay → laứm cho bođ bin lửỷa

phaựt ra doứng ủieụn qua di oõt D1 ủeõn tỳ C, tỳ C phoựng ủieụn no, toõc ủoụ ủoụng cụ taớng leđn

doứng ủieụn tửứ nguoăn ủieău khieơn (7) →D2→masse laứm cho SCR hoỏt ủoụng khi ủoự doứng