TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP Ô TÔ HYBRID

Trong thời gian học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, em đã được học hỏi và lĩnh hội nhiều kiến thức quý báu từ quý thầy, cô để làm nền tảng cho việc nghiên cứu và tiếp cận thêm nhiều tài liệu mới một cách có hiệu quả. Trong quá trình thực hiện tiểu luận tốt nghiệp, chúng em xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho chúng em theo học lớp Đại học liên thông, chuyên ngành Cơ khí động lực. Quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp Đại học liên thông về đại cương và chuyên ngành Cơ Khí Động Lực niên khóa 20192021 đã trang bị cho chúng em kiến thức giúp chúng em hoàn thành chuyên đề. Thầy hướng dẫn THS. Nguyễn Ngọc Bích đã chia sẻ những kiến thức, các thông tin rất bổ ích, hướng dẫn tận tình và đặc biệt những lời khuyên quý báu của thầy cho chúng em trong thời gian em làm chuyên đề.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

TRÊN XE HYBRID TOYOTA

TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2021

GVHD: ThS NGUYỄN NGỌC BÍCH

LỚP 19845TKS2C

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 04 năm 2021

NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên: MSSV: 19645187

2 Lớp:

3 Cán bộ hướng dẫn : ThS Nguyễn Ngọc Bích

4 Tên tiểu luận: Tìm hiểu về hệ thống truyền động trên xe Hybrid Toyota.

5 Nội dung thực hiện:

Chương 1 : Giới thiệu tổng quan

Chương 2 : Tổng quan về xe Hybrid Toyota

Chương 3 : Hệ thống truyền động trên xe Hybrid Toyota

Chương 4 : Bộ phân phối công suất trên xe Hybrid Toyota

Chương 5: Kết luận

6 Sản phẩm đề tài: 01 tập thuyết minh nội dung đề tài.

7 Ngày giao đề tài: 10/04/2021.

Ngày nộp đề tài: 08/07/2021.

ThS Nguyễn Ngọc Bích

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: MSSV: 19645187

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Tên đề tài: Tìm hiểu về hệ thống truyền động trên xe Hybrid Toyota

Họ và tên giáo viên hướng dẫn: THS Nguyễn Ngọc Bích

6 Điểm:……….(bằng chữ:……… ….)

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: MSSV: 19645187

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Tên đề tài: Tìm hiểu về hệ thống truyền động trên xe Hybrid Toyota

Họ và tên Giáo viên phản biện:………

5 Đánh giá: … ………

………

………

6 Điểm:……… (bằng chữ:………)

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Giáo viên phản biện

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, em đã được học hỏi và lĩnh hội nhiều kiến thức quý báu từ quý thầy, cô để làm nền tảng cho việc nghiên cứu và tiếp cận thêm nhiều tài liệu mới một cách có hiệu quả

Trong quá trình thực hiện tiểu luận tốt nghiệp, chúng em xin chân thành cảm ơn:

Ban giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh

đã tạo điều kiện cho chúng em theo học lớp Đại học liên thông, chuyên ngành Cơ khí động lực

Quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp Đại học liên thông về đại cương

và chuyên ngành Cơ Khí Động Lực niên khóa 2019-2021 đã trang bị cho chúng em kiến thức giúp chúng em hoàn thành chuyên đề

Thầy hướng dẫn THS Nguyễn Ngọc Bích đã chia sẻ những kiến thức,

các thông tin rất bổ ích, hướng dẫn tận tình và đặc biệt những lời khuyên quý báu của thầy cho chúng em trong thời gian em làm chuyên đề

TP HCM, ngày tháng 07 năm 2021

SINH VIÊN THỰC HIỆN

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Lý do lựa chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Nhiệm vụ đề tài 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Các nội dung chính trong đề tài 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 4

2.1 Khái niệm về xe Hybrid 4

2.2 Lịch sử hình thành và phát triển 5

2.3 Xu hướng phát triển của xe Hybrid 7

2.4 Các bộ phận trên xe Hybrid 8

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG XE HYBRID TOYOTA 18

3.1 Khái quát hệ thống truyền động trên xe Hybrid 18

3.2 Nguyên lý hoạt động của xe Hybrid 19

3.3 Phân loại cấu hình truyền động 21

3.4 Ưu điểm xe Hybrid 29

3.5 Nhược điểm xe hybrid 30

CHƯƠNG 4: BỘ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT TRÊN XE HYBRID TOYOTA 32

4.1 Giới thiệu bộ phân phối công suất 32

4.2 Nguyên lý hoạt động của bộ phân phối công suất 33

4.3 Các chế độ điều khiển của bộ phân phối công suất 35

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do lựa chọn đề tài:

- Hiện nay thế giới đang đối mặt với những vấn đề nghiêm trọng, trong đó ô nhiễm môitrường và sử dụng năng lượng luôn được quan tâm hàng đầu Cuối thế kỷ trước, cácnhà khoa học đã dự báo nguồn năng lượng có nguồn gốc hóa thạch đang cạn dần.Không ai có thể biết chính xác chu kỳ tái tạo của nguồn năng lượng này và trữ lượngcủa nó Trong quá trình sử dụng loại nhiên liệu này có nhược điểm là cháy khônghoàn toàn, tạo ra các sản phẩm cháy: CO, CO2, HC, NOx, SOx gây ô nhiễm môitrường Nhiên liệu sử dụng tạo ra khí thải, nhưng các khí thải không tạo ra lại nhiênliệu, nên nhiên liệu truyền thống còn gọi là nhiên liệu không tái tạo được Trước đâychúng ta rất dễ dàng khi chọn xăng hay dầu, nhưng với vấn đề môi trường đang ngàycàng cấp thiết, vấn đề đặt ra là phải tìm kiếm các loại nhiên liệu thay thế Các nguồnnhiên liệu tiếp theo là gì, và khi sử dụng nó như thế nào? Trong tình hình trữ lượngdầu trong lòng đất có thể không còn được như trước và giá cả liên tục tăng lên

- Bên cạnh đó xu hướng làm giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải hay xuhướng ô tô sạch cũng đang được đề ra Trước tình hình dân số thế giới ngày càng tăng

và nhu cầu muốn sở hữu xe hơi ngày càng nhiều đã làm cho tình trạng ô nhiễm môitrường ngày càng tăng, gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính và sự leo thang của giánhiên liệu như đã đề cập phía trên Để giải quyết những vấn đề và yêu cầu bức thiếttrên thì việc cho ra đời những loại xe hơi sạch, vừa với túi tiền của người tiêu dùngtrong thời kỳ khó khăn kinh tế là nhiệm vụ và cũng là thách thức lớn nhất của ngànhcông nghệ xe hơi thế giới Khu vực sản xuất xe hơi của thế giới đang trong thời kỳchuyển tiếp: từ bỏ dần những loại xe chạy tốn xăng, dầu và thải nhiều khí CO2 làmnhiệt độ trái đất nóng lên, để hướng đến những kiểu xe sạch để góp phần bảo vệ môitrường

- Trong bối cảnh kinh tế khó khăn chung hiện nay, tất cả các tập đoàn trên thế giới thinhau cho ra đời những sáng chế mới những kiểu xe mới, những kỹ thuật mới, để tồntại và nhất là để chinh phục những vị khách hàng ngày càng khó tính Người tiêu dùngthì ngày càng có những đòi hỏi cao, muốn sắm những chiếc xe vừa an toàn hơn, vừađẹp hơn, vừa tôn trọng các tiêu chuẩn về khí thải CO2 mà lại không quá đắt

- Theo kết quả một cuộc thăm dò dư luận được công bố hồi đầu tháng 9/2008 do tậpđoàn sản xuất xe hơi của Ý Fiat và viện BVA thực hiện, 54% người Pháp được hỏicảm thấy có trách nhiệm với môi trường khi chọn kiểu xe và có đến 47% coi lượngthải khí CO2 và khối lượng xăng tiêu thụ là 2 chỉ số quan trọng nhất khi mua xe Xe ítgây ô nhiễm, ít hao xăng Trước những số liệu qua thăm dò cho thấy người dùng ôtôngoài việc quan tâm đến các thông số kỹ thuật, tính kinh tế của xe khi vận hành thìlượng khí thải phát ra cũng là một yếu tố được quan tâm nhiều khi lựa chọn mua xe

Từ đó đã có rất nhiều ý tưởng và khái niệm mới nhằm đáp ứng các yêu cầu trên Tabiết rằng xe hơi sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong quá trình dẫn động đóng góp lớnnhất trong việc gây ô nhiễm môi trường, đồng thời cũng là nguồn tiêu thụ nhiên liệukhá nhiều Chính vì thế ô tô sạch không gây ô nhiễm môi trường là mục tiêu hướng tớicủa các kỹ sư cũng như các công ty sản xuất ô tô trên thế giới Gần đây có nhiều giảipháp đã được công bố đó là sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tônhư khí hóa lỏng LPG, khí thiên nhiên, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ô tôlai (hybrid) Xe sử dụng năng lượng sạch, chạy cả bằng điện lẫn xăng được coi làtương lai của ngành công nghiệp sản xuất xe hơi

- Vì thế, đề tài “Hệ thống truyền động trên xe Hybrid Toyota” được thực hiện nhằmphần nào bổ sung thêm nguồn tài liệu tham khảo, giúp sinh viên thấy được bức tranhtổng quát về cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống truyền động trên xe HybridToyota

1.2 Mục tiêu của đề tài:

- Mô tả về hệ thống truyền động trên xe Hybrid Toyota cũng như cấu tạo cách bố trí vàphân loại cấu hình truyền động, đường truyền công suất trên xe Hybrid Toyota (nốitiếp, song song, hỗn hợp…)

1.3 Nhiệm vụ đề tài:

- Tìm hiểu tổng quan về xe Hybrid (lịch sử, phân loại, các bộ phận của xe Hybrid…)

- Tìm hiểu cách bố trí và phân loại cấu hình truyền động cũng như đường truyền côngsuất trên xe Hybrid Toyota (nối tiếp, song song, hỗn hợp…)

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

- Người nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:

+ Tham khảo tài liệu: Dựa vào những tài liệu trên internet, tài liệu chuyên ngành ôtôtrên thư viện và nhiều nguồn tài liệu khác để có hướng nghiên cứu thích hợp

+ Phương pháp tham khảo ý kiến

+ Dịch tài liệu: chủ yếu dịch tiếng Anh từ tài liệu hướng dẫn và các tài liệu nước ngoài

1.5 Các nội dung chính trong đề tài:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Chương 2: Tổng quan về xe Hybrid

Chương 3 : Hệ thống truyền động trên xe Hybrid Toyota

Chương 4: Bộ phân phối công suất trên xe Hybrid Toyota

Chương 5: Kết luận

- Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơđiện dùng năng lượng ắc quy Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùngđộng cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ vàkhi nào nạp điện vào ắc-quy để sử dụng về sau Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này(Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đến Phương Tiện Giao Thông ghép kết hợpnăng lượng từ điện và xăng (Petroleum Electric Hybrid Vehicle) hay viết tắt trongtiếng anh là PEHV, và cũng có thể được viết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle).Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việt thường dùng ta có thể gọi là “Xe điện xăng”, haytiếng Anh là Hybrid Car.

Hình 2.1: Cấu tạo xe hybrid

2.2 Lịch sử hình thành và phát triển:

- Được phát minh vào khoảng 300 năm trước, xe ôtô ngày nay đã trở thành một trongnhững phương tiện giao thông không thể thiếu trong xã hội loài người Cũng chính vìthế mà tình trạng ô nhiễm không khí trầm trọng do khí thải từ động cơ ôtô đang là mộttrong những vấn đề nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay Để có thể giảm thiểu được

ô nhiễm môi trường từ ôtô, từ lâu đã có nhiều giải pháp kỹ thuật mang nhiều hứa hẹnnhư: ôtô chạy điện, ôtô dùng pin nhiên liệu, động cơ khí nén v.v Tuy nhiên, nhữngcông nghệ kể trên vẫn chưa thể đưa vào sử dụng được vì còn nhiều giới hạn về côngnghệ Đối với ôtô chạy điện, việc nạp lại pin cần đến ít nhất 4 giờ đồng hồ, khuyếtđiểm này giới hạn tầm sử dụng của ôtô chạy điện Đối với công nghệ fuel cell, hydrolỏng phải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp, vì thế chỉ có thể thích hợp với những quốcgia có khí hậu băng giá

- Hơn một thế kỷ trước, theo nghiên cứu của Toyota, một người tên Piper đã đề nghịcấp bằng sáng chế về một dạng động cơ kết hợp giữa xăng và điện như các hệ thốnghybrid ngày nay Mục đích của Piper lúc đó là làm sao giúp chiếc xe tăng tốc lên 40km/h trong khoảng chưa đến 10 giây, vào thời buổi mà tốc độ xe ôtô trung bình phảimất hơn nửa phút để đạt tới con số trên Ý tưởng hết sức độc đáo nhưng Piper đãkhông gặp thời Sự bùng nổ xe gắn máy hai bánh vào đầu thế kỷ trước đã khiến sángchế của Piper rơi vào quên lãng Giá nhiên liệu rẻ mạt, không có bất cứ quy định nào

về khí thải khiến cho người sử dụng ôtô và xe máy đều không quan tâm tới các hệthống động cơ lạ lẫm

- Vào cuối thế kỉ 19 đầu thế kỉ 20 Ferdinand Porsche là người chế tạo chiếc xe hybridđầu tiên mang tên Lohner-Porsche Mẫu xe rất gần với xe hybrid ngày nay do động cơxăng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện

Hình 2.2: Một chiếc Lohner-Porsche tại bảo tàng

- Trong giai đoạn nửa đầu của thế kỷ trước, còn có nhiều tên tuổi khác tham gia chế tạo

xe Hybrid như General Electric và Woods Motor Vehicle (đều của Mỹ), Schukert (Đức) Woods đã giới thiệu mẫu xe Dual Power vào năm 1917, kết hợp động

Siemens-cơ điện và xăng để đạt vận tốc 56 km/h Nếu chỉ sử dụng động Siemens-cơ điện chiếc xe cũng

có tốc độ chừng 32 km/h Vào đầu năm 1940 công ty Walker tại Chicago sản xuất xetải Hybrid

- Vào năm 1914 công ty Galt Motor cho xuất xưởng chiếc Galt sử dụng động cơ xăng

2 thì có 2 xi-lanh, công suất 10 mã lực và một máy phát điện 40V, 90A Theo công

ty, người lái chạy được liên tục 112 km mà chỉ tiêu tốn hơn 3,5 lít nhiên liệu và cóthể thêm khoảng 30 km nữa với bình điện Nhưng tốc độ tối đa 48 km/h của xekhông gây ấn tượng với khách hàng, những người vào thời điểm đó đã chọn kiểu xeđộng cơ thông thường để có hiệu năng cao hơn Mẫu xe Hatchback Toyota Priusđược ra đời vào 2005 có động cơ xăng 78 mã lực và động cơ điện 67 mã lực Haiđộng cơ này kết hợp trong hệ thống mà Toyota gọi là "Hybrid Synergy Drive" Hệthống cho phép xe sử dụng động cơ điện, động cơ xăng hay cả tùy thời điểm, biếnPrius thành một chiếc hybrid thật sự Xe Hybrid có một lịch sử lâu đời hơn phần lớnchúng ta biết và có thể những người đi tiên phong sẽ rất ngạc nhiên nếu họ biết rằngđầu thế kỷ 21 công nghệ mà họ từng ứng dụng này lại nhận được sự chấp thuận rộngrãi

Hình 2.3: Xe Hybrid Prius (2009) của Toyota

2.3 Xu hướng phát triển của xe Hybrid:

- Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô Hybrid đã luôn được nghiêncứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường Có thểnói, công nghệ Hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của nhữngchiếc ôtô, đó là ôtô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ôtô sinh thái Ngàycàng có nhiều mẫu ôtô Hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêudùng sử dụng loại ôtô này Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô pin mặt trời cho đếnnay đều tồn tại một số nhược điểm nhất định, không dễ thực hiện với thực trạng nhưđất nước ta Trong bối cảnh đó thì ôtô Hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốttrong và động cơ điện) được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thếphát triển ôtô sạch (giảm thiểu ô nhiễm môi trường), tính nguy cơ cạn kiệt nhiênliệu.Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe Hybrid nhiệt điện hoạt độngtrong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại đườngdài hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng Chứ không thể sử dụng ôtô Hybridnhiệt điện thay hẳn các loại ôtô khác vì tính công nghệ lai còn nhiều hạn chế, mà cáikhó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ năng lượng điện để cấp cho động cơ điện, vìnếu dùng bình ắc-quy thông thường thì số lượng bình rất nhiều Trong phạm vi đề tàichỉ bàn về dòng ôtô Hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơđiện) là loại ôtô Hybrid thông dụng nhất hiện nay

1 Engine: Động cơ đốt trong.

2 ECM: Electric Control Module - Bộ phận điều khiển điện tử cho động cơ

3 HV ECU: Hybrid Vehicle ECU- ECU điều khiển kết hợp trên ôtô Hybrid

4 Shift Postion Sensor: Cảm biến vị trí tay số

5 Brake ECU: ECU điều khiển phanh

6 HV Battery: High Volt Battery- Ắc-quy điện áp cao

7 Inverter with Converter: Bộ chuyển đổi điện

8 Hybrid Transaxle: Hộp số kết hợp với bộ phân phối công suất

9 Acceleration Pedal Position Sensor: Cảm biến vị trí bàn đạp ga

- Một chiếc xe lai có rất nhiều bộ phận nhưng quan trọng nhất là các bộ phận sau:+ Động cơ đốt trong (Engine)

+ Động cơ điện

+ Máy phát

+ Ắc-quy cao áp (HV Battery)

+Bộ điều khiển công suất điện tử (PCU)

+ Bộ phân phối công suất (PSD)

+ Bộ chuyển đổi điện áp

+ Giảm kích cỡ của động cơ: Đối với xe lai nhà chế tạo dùng động cơ có kíchthước nhỏ hơn so với các động cơ truyền thống Động cơ đốt trong ở đây khôngđược thiết kế để tạo ra côngsuất lớn nhất theo yêu cầu tăng tốc hay khi leo dốcđứng Khi cần chạy với tốc độ cao trên quãng đường dài hay chỉ cần vượt xekhác hoặc khi cần leo dốc cao, thì hệ thống điều khiển của xe sẽ yêu cầu sự giúp

đỡ từ động cơ điện nhằm cung cấp thêm công suất hỗ trợ cho động cơ

+ Hiệu quả cao: Động cơ được trang bị hệ thống VVT-I (Variable Valve

xe, để xe luôn đạt hiệu suất cao nhất Ngoài ra, động cơ dùng buồng đốt có kếtcấu đặc biệt giúp sự lan truyền tia lửa điện nhanh chóng trong toàn bộ buồng đốttrong Với hiệu suất nhiệt cao kết hợp với sự giảm cả về kích cỡ và trọng lượngcủa thân động cơ qua việc sử dụng xy lanh chế tạo bằng hợp kim nhôm, và cảống hút gọn,… giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của động cơ

Hình 2.6 : Động cơ đốt trong xe Hybrid Toyota Prius

+ Nâng cao công suất đầu ra: Tốc độ động cơ tăng từ 4500v/ph đến 5000v/ph, do đócải thiện được công suất đầu ra Một số bộ phận như xéc-măng có độ căng thấp hơn,

lò xo xu-páp thì làm nhỏ lại, kết quả làm giảm sử mất mát công suất do ma sát Xahơn, việc tăng số vòng quay lên thêm 500v/ph đã làm cho số vòng quay máy phátnhanh hơn, gia tăng lực dẫn động trong suốt quá trình khi xe tăng tốc và cải thiệnkhả năng tiết kiệm nhiên liệu

2.4.2 Mô tơ điện và máy phát điện:

- Động cơ điện đã và đang được phát triển dựa trên những công nghệ mà hãngToyota đã phát triển trong quá trình nghiên cứu dòng xe điện Tổ hợp motor điện –máy phát số 1 (MG1-Motor Generater 1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc-quyđiện áp cao (HV Battery), đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2 (MG2-Motor Generater 2) MG1 hoạt động như một motor để khởi động động cơ chínhcủa xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gầngiồng như một CVT Tổ hợp motor điện – máy phát số 2 (MG2) có nhiệm vụ dẫnđộng cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe Trong suốt quá trình giảm tốc vàphanh xe, MG2 hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (còn gọi là quá

trình hãm tái sinh năng lượng) chuyển hóa thành điện năng để nạp lại cho ắc-quyđiện áp cao

Hình 2.7: Motor điện của xe Toyota Prius

- Trên xe của hãng Toyota dùng một motor đồng bộ xoay chiều 3 pha, là một motorkhông chổi than DC hiệu suất cao với dòng AC Các nam châm vĩnh cửu và mộtrotor được làm bằng các tấm thép điện từ ghép lại thành một motor công suất cao.Hơn nữa, bởi sự bố trí các nam châm vĩnh cửu theo một dạng tối ưu, moment dẫnđộng được cải thiện và công suất được tăng lên Cả MG1 và MG2 đều có kíchthước gọn, nhẹ và là loại đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu quả cao

- Trên xe lai hiện nay, động cơ điện được lắp đặt theo các cách:

+ Mỗi bánh xe gắn một motor điện : Trong cách bố trí này nhà chế tạo sẽ gắn động

cơ có công suất khoảng 50 mã lực vào mỗi bánh xe, cách thiết kế này giúp choviệc kiểm soát moment đến mỗi bánh xe được dễ dàng Ngoài ra, điều này giúplàm giảm các bộ phận cơ khí phức tạp (hộp số, vi sai ,…) Các bộ phận, motor và

ổ trục bánh xe sẽ được chuyển đổi một cách nhanh chóng và dễ dàng mà khôngtốn nhiều dây dẫn và vật liệu Tuy nhiên, với cách sắp xếp này lại cần nhiều hơncác hệ thống phân phối công suất điện và một số thiết bị khác Do đó, giá thành xe

sẽ rất cao

+ Mỗi trục gắn một motor: Trong cách bố trí này người ta sẽ gắn trên mỗi trục mộtđộng cơ có công suất 100 mã lực Nó sẽ có sự linh động thấp hơn so với loại trên

và cũng cần có visai ở mỗi ổ trục, nhưng giá thành của xe sẽ giảm

+ Trên xe chỉ cần một motor điện: Đây là cách bố trí phổ biến nhất hiện nay, và nóthường đặt ở cầu trước để dẫn động các bánh xe Trong thực tế có bao gồm cả ắc-quy HV nên nó chiếm nhiều diện tích hơn so với các xe thông thường chỉ dẫnđộng với duy nhất động cơ điện Máy phát của xe cũng dùng loại đồng bộ xoaychiều để có thể cung cấp cho đầu ra của động cơ điện một công suất đầy đủ thìmáy phát phải quay ở tốc độ rất cao, qua đó để có thể gia tăng công suất đầu ra.Cách thức được dùng là tăng số vòng quay cao nhất có thể từ 6.500v/ph lên tới10.000 v/ph với tốc độ cao như vậy các nam châm vĩnh cửu bên trong có khả năngtạo ra một lượng công suất rất lớn cho quá trình nạp ắc-quy và cung cấp thêmcông suất theo yêu cầu từ động cơ điện Ngoài ra máy phát còn có chức năng nhưmột máy khởi động động cơ đốt trong Khi khởi động máy phát làm quay bánhrăng mặt trời trong bộ phân phối công suất do đó tạo ra moment làm quay động

cơ Với tốc độ cao như vậy máy phát làm gia tăng khả năng cung cấp công suấtcho xe tại dãy tốc độ cao, qua đó gia tăng hiệu suất khi xe chạy tại tốc độ thấp haytrung bình Giúp cho việc kết hợp công suất đầu ra của motor điện và động cơ đốttrong được cải thiện rõ ràng

2.4.3 Ắc-quy cao áp:

- Ắc-quy chính của xe được bảo vệ trong một vỏ niken- kim loại hyđrua chắc chắnhơn và có mật độ năng lượng cao hơn so với bình thường Thường gồm 120-250

cặp cực ắc-quy với điện áp chuẩn là 144V-350 Volt (1,2V/cặp cực ắc-quy) đượcnạp điện bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi xe chạy bình thường và tổhợp MG2 trong suốt quá trình hãm tái sinh năng lượng Ford Escape Hybrid,Honda Insight, Civic Hybrid và Toyota Prius đều sử dụng những pin hyđrua kimloại kiềm (NiMH), công nghệ pin giống như trong điện thoại di động và máy tínhxách tay Hệ thống Hybrid của Prius là sự kết hợp của 38 mô đun chứa 228 pinđiện riêng biệt với điện áp lên tới 273,6V Xe của Honda thì dùng 120 pin điện,điện áp 144V, Ford 250 pin, điện áp 330V

Hình 2.9: Ắc quy xe ô tô Hybrid của Toyota

- Trên xe lai mới của hãng Toyota đang sử dụng loại ắc-quy có hiệu suất cao nó nhẹhơn các loại ắc-quy trên xe lai thế hệ cũ đến 14% và dung lượng đầu ra / đầu vàocủa nó cao hơn 35% Với những cải tiến về công nghệ đã làm cho ắc-quy trên xe laitrở thành ắc-quy có dung lượng lớn nhất so với các loại ắc-quy có cùng trọng lượng

và kích cỡ Để đạt được điều đó là do nhà chế tạo đã làm giảm đi rất nhiều điện trởtrong của ắc-quy bằng cách sử dụng các vật liệu hoàn toàn mới làm cầu nối giữa cácngăn của ắc-quy, hay cải tiến các vật liệu để chế tạo các bản cực của ắc-qui

- Thêm một đặc điểm rất quan trọng là sự sụt áp đã giảm đi 23% so với các ắc-quythông thường vì thế ắc-quy giữ được điện năng lâu hơn khi nó không sử dụng.Hiện nay hãng Toyota cũng trang bị bộ xử lý ắc-quy ECU, tích hợp trên ắc-quy

để kiểm soát điều kiện nạp của quy ngoài ra xe Hybrid còn được trang bị

Hình 2.10: Ắc-quy phụ trên xe Hybrid của Toyota

2.4.4 Bộ điều khiển công suất điện tử (Power Control Unit):

- Bộ điều khiển công suất điện tử được xem như là bộ não của một chiếc xe lai Nó

đảm nhận việc phân chia công suất giữa ắc-quy, động cơ điện, máy phát và bộ

phân chia công suất Trong bộ điều khiển công suất điện tử có một bộ chuyển đổi

điện có nhiệm vụ điều khiển và biến đổi dòng điện một chiều từ ắc-quy thành

dòng điện xoay chiều để dẫn động động cơ điện và biến đổi ngược lại để nạp điện

cho ắc-quy phụ

Hình 2.11: Bộ điều khiển công suất điện tử xe Hybrid Toyota

2.4.5 Bộ phân phối công suất (Power Slit Device):

- Hệ thống truyền động chính của xe lai bao gồm bộ phân chia công suất (bộ bánh

răng hành tinh), máy phát, động cơ điện, và hệ thống bánh răng giảm chấn Nhiệm

Ắc qui phụ

vụ của bộ phân chia công suất là cho phép công suất từ động cơ đốt trong đến dẫnđộng máy phát và các bánh xe chủ động cùng một lúc Ngoài ra, bộ phân phối côngsuất còn lấy moment từ động cơ điện để dẫn động các bánh xe chủ động Trong quátrình hoạt động, trục truyền công suất của động cơ đốt trong được thông qua cần dẫn

bộ bánh răng hành tinh Khi cần dẫn quay nó sẽ truyền chuyển động đến bánh răngbao và bánh răng mặt trời thông qua các bánh răng hành tinh Trục quay của bánhrăng bao được nối trực tiếp với động cơ điện và truyền lực để dẫn động kéo bánh xechủ động, trong khi đó trục quay của bánh răng mặt trời được nối với máy phát.Cụm bánh răng hành tinh trong hộp số đóng vai trò như một bộ chia công suất cónhiệm vụ chia công suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần tạm gọi làphần dành cho cơ và phần dành cho điện Các bánh răng hành tinh của nó có thểtruyền công suất đến động cơ chính, động cơ điện-máy phát và các bánh xe chủđộng trong hầu hết các điều kiện khác nhau Các bánh răng hành tinh này hoạt độngnhư một cơ cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT- Continuously VariableTransmission)

2.4.6 Bộ chuyển đổi điện áp (Inverter with Converter):

- Bộ chuyển đổi biến dòng điện một chiều từ ắc-quy điện áp cao (HV Batterry) thànhdòng xoay chiều làm quay motor điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thànhdòng điện một chiều để nạp điện cho ắc-quy Về cấu tạo, nó gồm một bộ khuếch đạiđiện năng để tăng điện áp được cung cấp lên đến 500V đồng thời nó được trang bịmột bộ chuyển đổi dòng một chiều để nạp điện cho ắc-quy phụ của xe và một bộchuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa của

xe hoạt động

Hình 2.13: Bộ chuyển đổi điện áp trên xe Hybrid của Toyota

2.4.7 Bộ xử lý HV ECU:

- Để điều khiển được ắc-quy HV, động cơ điện, máy phát trên xe lai sử dụng bộ xử

lý ECU HV (Electronic Control Unit Hybrid Vehicle) Đây là thiết bị thu nhập

thông tin từ các cảm biến, sau đó xử lý các tín hiệu này và gửi thông tin đến các cơcấu chấp hành như ECM (Electronics Control Module), thiết bị đổi điện, bộ xử lýECU của ắc-quy và hệ thống điều khiển phanh trung tâm để từ đó đưa ra phươngthức điều khiển tương ứng với điều kiện chuyển động của xe HV ECU điều khiểnhoạt động của MG1, MG2, động cơ đốt trong theo moment Sự hoạt động của nóchủ yếu dựa trên những thông tin từ cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí bàn đạp ga.Nếu bộ xử lý gặp trục trặc thì nó sẽ điều khiển sự hoạt động của xe theo dữ liệu đãđược mặc định trong bộ nhớ

Hình 2.14: HV ECU Toyota

2.4.8 Hệ thống làm mát:

- Hệ thống làm mát này sử dụng bơm nước để làm mát bộ đổi điện, MG1 và MG2

Hệ thống này được phân ra từ hệ thống làm mát của động cơ Nó hoạt động khingười tài xế bật công tắc máy, bộ tản nhiệt của nó được tích hợp với bộ tản nhiệtcủa động cơ

Hình 2.15: Hệ thống làm mát bộ biến đổi điện trên xe Hybrid Toyota

1 Gasoline Engine: Động cơ xăng.

2 Power Split Device: Bộ phân chia công suất

3 Generator (MG1): Máy phát điện

4 Electric Motor (MG2): Mô tơ điện

5 Inverter: Bộ biện đổi điện

6 High - Voltage Battery Pack: ẮC quy HV