Dòng điện giữa MG1, MG2 và Ắcquy được điều khiển bởi bộ chuyển đổi. Nó chuyển dòng điện xoay chiều thành 1 chiều. Đồng thời chỉnh lưu dòng xoay chiều từ MG1 và MG2 để nạp lại cho ắcquy.
Hình 2.3.7: Bộ chuyển đổi 2.3.6 Ắcquy:
Là nơi tích trữ năng lượng trong quá trình hãm điện động. Nó cung cấp năng lượng cho mô tơ điện khi xe nổ máy hoặc khi cần thiết.
Hình 2.3.8: Ắc quy
PHẦN III: PHÂN TÍCH, TÌM HIỂU MỘT LOẠI XE HYBRID CỤ THỂ (TOYOTA PRIUS)
Prius trong tiếng Latinh có nghĩa là “to go before“. Toyota chọn tên này bởi vì xe Prius là những chiếc xe tiên phong trong việc bảo vệ môi trường. Sự gia tăng dân số cùng với sự phát triển kinh tế trong những thập kỉ gần đây đã làm tăng sự tiêu thụ nhiên liệu hoá thạch trên toàn thế giới. Đối mặt với thử thách này, Toyota đã tạo ra xe Hybrid tổ hợp thân thiện với môi trường.
Hệ thống Hybrid là sự phát triển trong tương lai và có nhiều lí do để sử dụng nó. Những người sử dụng xe Prius hay là những xe chạy bằng xăng- điện có thể tiết kiệm được một khoản tiền lớn do xe hybrid tiết kiệm nhiên liệu hơn so với xe chạy bằng xăng thông thường, hơn nữa xe hybrid không gây ô nhiễm môi trường như xe sử dụng xăng.
Hình 3.1.1: Bề ngoài của xe Prius
Dù có kích thước không lớn: Dài x rộng x cao 4445x1723x1476 (mm), nhưng khoang xe có không gian thật thoải mái bởi cabin dành cho gia đình 4 người rất hợp lý. Đương nhiên, dung tích khoang hành lý cũng đủ rộng để chứa nhiều đồ dùng cho những cuộc vui cuối tuần.
Sự tiện dụng từ ngay việc khởi động xe, xe Prirus có trang bị hệ thống khóa Smart Key System. Chỉ cần nhấn nhẹ vào nút khởi động (Start engine), không có tiếng động ở bộ phận đề, cũng không nghe tiếng máy nổ, bởi Prius khởi động bằng ắc quy kết hợp với mô tơ điện. Ngồi trong khoang xe, phải nhìn vào hệ thống thông tin trên xe mới biết rằng xe đã sẵn sàng lên đường. Nhẹ nhàng nhả phanh, Prius từ từ lăn bánh, mãi đến khi tăng ga đến vận tốc khoảng 40 km/h thì động cơ xăng bắt đầu hoạt động. Việc điều khiển Prius cũng không khó khăn gì vì xe sử dụng hộp số tự động vô cấp (CVT), các chế độ cài số có chút khác biệt là vị trí P (chế độ dùng khi đỗ xe) là một phím bấm nằm tách biệt ngay trên cần cài các chế độ còn lại: D, R, N.
Tiện nghi của xe không hề thua kém các loại xe khác: Từ hệ thống âm thanh gồm đầu đọc CD 6 đĩa với 9 loa hiệu JBL tạo hiệu ứng âm thanh, tự động khóa cửa, cửa kính điện, hệ thống điều khiển hành trình, vành 15 inch, vô lăng điều chỉnh được. Trên vô lăng tích hợp tất cả các chức năng tiện dụng nhất cho việc kiểm soát các thông số: âm lượng loa, nhiệt độ, điện thoại…
Bạn sẽ khỏi phải lo lắng vì bận rộn công việc mà quên mất việc thay dầu, lọc dầu, dầu phanh hay dầu hộp số... cho xe. Chỉ cần 3 lần truy cập vào menu, để thực hiện việc ghi ngày tháng thay dầu, lọc dầu... thao tác ghi lịch này tương đương như việc đặt lịch nhắc nhở công việc trong chiếc mobi của bạn. Còn khi bạn muốn theo dõi quá trình hoạt động của động cơ, lượng tiêu thụ nhiên liệu... thì chỉ việc truy cập vào menu Info/Energy, chu trình làm việc sẽ thể hiện ngay lên màn hình và kiểm tra ngay lượng tiêu thụ nhiên liệu mà bạn đã đi sau một hành trình.
Hình 3.1.3: Bảng điểu khiển 3.1. Kích thước và thông số kĩ thuật của xe
Hình 3.1.4: Kích thước của xe Prius 3.1.2. Thông số kỹ thuật
• Động cơ
Loại động cơ 1NZ-FXE
Kiểu 16valve DOHC
Dung tích xy lanh (cc) 1497
Tỷ số nén 13.0:1
Công suất cực đại 76HP/5000 vòng/ phút
Mômen xoắn cực đại (Nm) 82(lb-ft)/4200 vòng/ phút
• Hộp số truyền động
Hộp số CVT
• Kích thước - trọng lượng
Dài x rộng x cao (mm) 4445x1725x1475
Chiều dài cơ sở (mm) 2700
Chiều rộng cơ sở trước/sau 1505/1480
Khoảng sáng gầm xe 142
Trọng lượng không tải (kg) 1328
Thiết bị tiện nghi
• Nội thất
Điều hoà nhiệt độ
Hệ thống điều khiển chạy tự động Vô lăng lái chỉnh được độ cao Màn hình hiển thị áp suất lốp Radio
CD player.
• Ngoại thất
Tấm cản gió trước
Cửa kính điều khiển điện Thiết bị xông kính
Gạt mưa phía sau
Thiết bị an toàn an ninh
Khoá cửa điện Túi khí
Hệ thống chống trộm
An toàn
• Túi khí an toàn
Túi khí cho người lái
Túi khí cho hành khách phía sau Túi khí 2 bên hàng ghế
Hệ thống phanh ASR
• Khoá chống trộm
Chốt cửa an toàn Khoá cửa tự động
Khoá cửa điện điều khiển từ xa Cảnh báo chống trộm
3.2. Các bộ phận chính của xe Hybrid Prius gồm: 3.2.1. Động cơ:
Hình 3.2.1: Động cơ
*Công nghệ VVT-i (Variable Valve Timing Intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí.
Hình 3.2.2: Động cơ sử dụng hệ thống VVT-i
Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm.
Hình 3.2.3: Sơ đồ hệ thống VVT-i
Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm
phối khí bằng cách xoay trục cam trong một phạm vi 400 so với góc quay của trục
khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
Hình 3.2.4: Thời điểm phối khí với động cơ VVT-i
Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ. Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp. Điều này làm ổn định chế độ không tải và cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và tính khởi động.
Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng hoặc khi tốc độ cao và tải nặng. Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR (tuần hoàn khí thải) nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupáp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam.
Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i và van điều
Bộ điều khiển VVT-i
Hình 3.2.5: Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i
Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp.
Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên lục thời điểm phối khí của trục cam nạp.
Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam
Hình 3.2.6: Van điều khiển
Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển (Tỷ lệ hiệu dụng) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i đế phía làm sớm hay làm muộn. Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupáp nạp được giữ ở góc muộn tối đa.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam
nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặp áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí.
ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xupáp tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
Hình 3.2.7: Trạng thái làm thời điểm phối khí sớm
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
Hình 3.2.9: Trạng thái giữ
ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí hiện tại.
3.2.2. MG1 và MG2
Cả 2 MG1 (Motor Generator 1) MG2 (Motor Generator 2) được thiết kế nhỏ gọn, có hiệu suất cao, là loại nam châm vĩnh cửu đồng bộ.
Nó hoạt động như một nguồn cung cấp điện cho động cơ khi cần thiết, motor điện sẽ giúp cho xe đạt được sự tối ưu về hiệu suất động lực học. Khi hãm điện động thì MG2 biến đổi năng lượng động lực thành năng lượng điện và được lưu trữ lại vào bình HV.
Hình 3.2.10: MG1 và MG2
khiển chức năng truyền lực của hộp số. Ngoài ra MG1 còn có chức năng khởi động để khởi động động cơ.
Một hệ thống làm mát cho MG1, MG2 bằng hệ thống bơm nước đã được thêm vào:
Thông số kỹ thuật của MG1
Các bộ phận Toyota prius
Loại Mô tơ loại nam châm vĩnh cửu
Chức năng Phát điện và khởi động động cơ
Điện áp cao nhất ( V) AC 500
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Thông số kỹ thuật của MG2
Toyota prius
Loại Mô tơ loại nam châm vĩnh cửu
Chức năng Máy phát điện và dẫn động bánh xe
Điện áp cao nhất AC 500
Công suất đầu ra max kW/rpm 50/1200~1540
Mô men max Nm/rpm 400/0~1200
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Sơ đồ đấu dây:
Khi dòng điện 3 pha đi qua đi qua những cuộn dây của Stator thì nó sẽ sinh ra 1 trường điện từ và điện được tạo ra. Từ trường liên tục được tạo ra trong motor điện, nam châm vĩnh cửu sẽ hút trường điện từ được tạo ra kết quả là tạo ra moment.
Moment đựơc tạo ra phục vụ mục đích có ích nó tương đương với sự điều khiển dòng điện và tốc độ quay bởi tần số của dòng chuyển đổi.
: Từ máy đổi điện
X : Liên kết với các bộ phận bên trong của motor
Hình 3.2.12: Motor nam châm vĩnh cữu
Trên xe Prius 2004 cấu trúc của nam châm vĩnh cửu bên trong rotor đã được thiết kế với với cấu trúc hình V nó cải thiện công suất đầu ra và moment xoắn của rotor. Công suất đầu ra đã được cải thiện hơn khoảng 50% so với đời xe 2003.
Đây là 1 thiết bị đáng tin cậy, nó dò tìm chính xác cực từ, các cực từ đó không thể thiếu trong việc điều khiển MG1và MG2.
Cảm biến gồm có 3 cuộn dây được minh họa ở hình dưới. Tín hiệu điện đưa ra ở
chân B và C được bố trí cách nhau 900. Khoảng cách khe hở giữa stator và rotor thay
đổi theo chiều quay của rotor.
Bằng cách gửi 1 dòng điện qua cuận dây A, tương ứng với nó là tín hiệu ra của vị trí rotor được tạo ra bởi cuộn dây B và C. Vị trí tuyệt đối có thể được xác định bởi sự khác biệt giữa những tín hiệu đầu ra.
Ngoài ra HV ECU sẽ đếm lượng vòng quay của rotor trong một đơn vị thời gian. Vì vậy cảm biến này được sử dụng như là một cảm biến tốc tộ rpm (revolution per minute).
Hình 3.2.14: Cảm biến tốc độ 3.2.3. Bộ bánh răng hành tinh:
Bộ bánh răng hành tinh trên xe Toyota Prius có nguyên lý hoạt động như trong phần 2.3.4 trong đó MG1 nối với bánh răng mặt trời, MG2 nối với bánh răng bao, và trục ra của động cơ nối với cần dẫn.
Hình 3.2.9: Bộ bánh răng hành tinh 3.2.4. Bộ chuyển đổi (converter)
Dòng điện giữa MG1 MG2 và ắcquy được điều khiển bởi bộ chuyển đổi. Nó chuyển dòng điện xoay chiều thành 1 chiều, đồng thời chỉnh lưu dòng xoay chiều từ MG1 và MG2 để nạp lại cho ắcquy.
Hình 3.2.10: Bộ chuyển đổi
Sự hoạt động của Transistor công suất được điều khiển bởi HV ECU, ngoài ra bộ chuyển đổi điện còn truyền thông tin cần thiết cho sự điều khiển dòng như là cường độ dòng điện hoặc điện thế ra được cung cấp tới HV ECU.
Bộ chuyển đổi điện (inverter assembly) sẽ được làm mát cùng với MG1 và MG2 bởi bộ tản nhiệt chuyên dùng của hệ thống làm mát nó được lắp độc lập với động cơ.
Trong trường hợp có sự va chạm liên quan đến chiếc xe, một cảm biến va đập được lắp ở bên trong bộ chuyển đổi điện, nó nhận biết được va đập và tắt tất cả các hệ thống.
Hình 3.2.11: Bộ chuyển đổi điện
Hình 3.2.12: Sơ đồ đấu dây của bộ chuyển đổi Boost Converter (bộ khuyết đại đổi điện)
Bộ khuyếch đại đổi điện khuyếch đại dòng điện DC 201,6V từ bình HV thành điện áp cao nhất 500V.
Khi MG1và MG2 hoạt động như một máy phát thì bộ chuyển đổi điện sẽ chuyển đổi điện từ 201,6V thành 500V, và bộ khuyếch đại sẽ hạ điện thế từ 500V thành điện áp DC 201,6 V để nạp cho bình.
Hình 3.2.13: Sơ đồ nối dây
DC/DC converter
Nguồn cung cấp điện cho các thiết bị phụ trên xe như là hệ thống đèn, hệ thống âm thanh và hệ thống điều hoà không khí và cho cả các ECU là nguồn 12V. Vì điện áp do hệ thống THS-II tạo ra là 201,6V nên biến thế được sử dụng để chuyển đổi dòng 201,6V thành 12V để nap vào bình phụ. Biến thế này được lắp ở dưới đáy của bộ chuyển đổi điện.
Hình 3.2.14: Sơ đồ mạch điện A/C inverter:
Máy đổi điện của hệ thống điều hoà không khí sẽ cung cấp điện cho để dẫn động máy nén của hệ thống điều hoà.
Bộ biến đổi điện này sẽ chuyển đổi DC 201,6V của bình HV thành dòng điện AC 201,6 V và sẽ cung cấp điện để máy nén của hệ thống điều hoà làm việc.
Sơ đồ mạch điện:
Hệ thống làm mát bơm nước tới bộ chuyển đổi điện, MG1, MG2, nó được cách ly với hệ thống làm mát của động cơ.
Hệ thống làm mát hoạt động khi công tắc máy ở vị trí IG.
Bộ tản nhiệt của hệ thống được tích hợp với bộ tản nhiệt của động cơ.
Hình 3.2.16: Hệ thống làm mát bộ chuyển đổi 3.2.5 Bình điện HV (Ắc quy)
Hệ thống ắcquy của Prius là sự kết hợp của 28 mô đun chứa 228 pin điện riêng biệt với tổng công suất lên tới 273,6V. Bình điện HV battery là loại Nickel hydride (Ni-MH). Đây là loại bình có công suất cao, trọng lượng nhẹ, có độ bền cao để phù