Giáo trình kỹ thuật ô tô hybrid

Hình 2: CÂU TRÚC Bà TRÍ Ô TÔ HYBRID KIÂU SONG SONG Hình 2b: CÂU TRÚC Bà TRÍ Ô TÔ HYBRID KIÂU SONG SONG... Vì ô tô truyÁn thßng xăng dầu vÿa LÃNG PHÍ W & gây Ô NHIÄM * LÃNG PHÍ: Vì hiãu s

KỸ THUẬT Ô TÔ HYBRID

1.1 GIàI THIÞU CHUNG Ô TÔ HYBRID

Ô TÔ HYBRID là gì? >> DÙNG 2 NGUâN NNG L¯þNG

Hình A : Minh họa CÂU TRÚC Ô TÔ TRUYÀN THàNG

¯u nh°ÿc điÃm Ô TÔ TRUYÀN THàNG

+ Quen dùng theo truyÁn tháng x°a nay;

+ Ph°¢ng tiÇn giao thông ThuÁn lÿi, Đa năng & Linh ho¿t (chá bÃt kỳ thứ gì & đi đ°ÿc bÃt kỳ đâu&)

- Nh°ÿc điÃm: HiÇu suÃt ĐCĐT (Engine) rÃt thÃp (Xăng : khoÁng 37%;

Diesel khoang 40%; Còn l¿i thÁi ra môi tr°ßng)

- Gây ô nhiÅm cho con ng°ßi: CO, HC, NOx& Cho b¿u khí quyÃn CO 2

( trung bình sÿ dụng 01 lít Fuel => ThÁi ra 2 kg CO 2 – Chứng minh á d°ái – màu đß )

] [ 2 9

] [

6 ].

32 [ ] [ 6 ].

12 [ ]

[ 18 ].

1 [ ] [ 8 ].

Ô TÔ HYBRID >> có 3 CÁCH Bà TRÍ:

 CÁCH 1 (Bà TRÍ NàI TI¾P – SERIES )

Hình 1: CÂU TRÚC Bà TRÍ Ô TÔ HYBRID KIÂU NàI TI¾P

Hình 1B: Minh háa Bà TRÍ Ô TÔ HYBRID KIÂU NàI TI¾P

¯u điÃm: + CÃu trúc đ¢n giÁn (Theo 1 chiÁu: Engine => Máy phát điÇn => Motor điÇn => TruyÁn lực chính//cuái cùng => Vi sai => Bánh xe chủ đßng

+ ĐCĐT duy trì mßt ch¿ đß tác đß vÁn hành cho máy phát điÇn => TI¾T KIÆM NHIÊN LIÆU (SuÃt tiêu hao nhiên liÇu g e_min ) => GIÀM Ô NHIÄM

N h°ÿc điÃm:

- Sÿ dụng thi¿t bß kém hiÇu quÁ : N¿u dùng ĐCĐT 100 kW => phÁi

dùng máy phát 100 kW (giÁ thi¿t hiÇu suÃt = 1) => phÁi dùng thêm mßt đßng c¢ điÇn 100 kW (giÁ thi¿t hiÇu suÃt = 1) Nh° vÁy khái l°ÿng thi¿t

bß phát công suÃt tăng gÃp 3 l¿n so vái chỉ có ĐCĐT

- Ô nhiÅm môi tr°ßng CO, HC, NO x và CO 2 ( Chỉ giÁm chút ít nhß vÁn hành á ch¿ đß ti¿t kiÇm nhiên liÇu ge_min)

K¾T LUÀN:

* Chỉ sÿ dụng hiÇu quÁ và phù hÿp cho TÀU LþA (Khái l°ÿng 3 cụm máy là không đáng kà < > ĐOÀN TÀU CÓ KHàI L¯þNG RÂT LàN – CÀ 100 NGHÌN T ÂN)

 Sÿ dụng cho các XE CÀU VàI TÀI TRàNG RÂT LàN (1OO TÂN)

Hình 2: CÂU TRÚC Bà TRÍ Ô TÔ HYBRID KIÂU SONG SONG

Hình 2b: CÂU TRÚC Bà TRÍ Ô TÔ HYBRID KIÂU SONG SONG

Hình 2C : CÂU TRÚC Bà TRÍ Ô TÔ HYBRID KIÂU SONG SONG

( Tách rßi C¿u tr°ác – C¿u sau)

(Tách rßi C¿u tr°ác – C¿u sau)

¯u điÃm: + KhÃc phục các nh°ÿc điÃm của KIÂU NàI TI¾P: Sÿ dụng hiÇu quÁ công suÃt máy Công suÃt chung 100 kW => Chia ENGINE X%, còn l¿i MOTOR (100- X)% Tßng tráng l°ÿng cụm máy g¿n nh° không tăng

Ngoài ra còn có các °u điÃm nßi trßi khác sau:

 (1): Sÿ dụng MOTOR ĐiÇn ch¿y trong thành phá => GiÁm ô nhiÅm nßi đô CO, HC& & không tán Fuel V¿n cho đ¿c tính GIA TàC TàT

nhß đ¿c tính TàT

 (2): Sÿ dụng ENGINE ch¿y ngoài thành phá => GiÁm áp lực ô nhiÅm

 (3): Khi c¿n phát huy h¿t công suÃt (ch¿y Vmax hay v°ÿt dác lán nhÃt)

=> Ch¿y cÁ 2 nguồn ENGINE & MOTOR

 (4): Khi điÇn á Ác qu y y¿u => Ch¿y ENGINE & MOTOR/ GENERATOR => n¿p điÇn l¿i cho Âc-quy (Máy điÇn làm viÇc 2 chiÁu: Mô – t¢ & máy phát)

 (5): TÁn dung năng l°ÿng tái sinh: khi xuáng dác , khi lăn tr¢n , khi

phanh& => n¿p điÇn cho Ãc quy ho¿c tích trữ W vào thi¿t bß phụ&

N h°ÿc điÃm:

- CÃu trúc h¢i phức t¿p, cồng kÁnh

- Đ¿c tính kéo không tái °u khi còn dùng ENGINE

- Còn lãng phí Fuel & gây ô nhiÅm (còn dùng ENGINE); còn CO 2 =>

gây hiÇu ứng nhà kính

1.2.1 Vì ô tô truyÁn thßng (xăng dầu) vÿa LÃNG PHÍ W & gây Ô NHIÄM

* LÃNG PHÍ: Vì hiãu suất sử dụng nhiên liãu của ĐCĐT <40%

* Ô NHIÄM: Vì sử dụng 01 Lít nhiên lißu => xấp xỉ 02 kg CO 2

Ô TÔ HYBRID NHIâT-ĐIâN còn dùng ĐCĐT (Engine)

=> còn LÃNG PHÍ & gây Ô NHIàM

( FUEL CELL HYBRID VEHICLE- FCHV ) hoặc Ô TÔ ĐIÆN

Hình 3: CÂU TRÚC Ô TÔ FUEL CELL HYBRID

Hình 3B: Minh háa Hybrid Vehicle & Fuel Cell Hybrid Vehicle

a) Lý thuy¿t, khi công suất đßng c¢ không đổi => đặc tính lý t°ởng

C P

V F M

Pemax ý  ýýþ t ýýþ k * ý emaxt ý

Pemax : Basic ýþ N

C P

V

Fk * ý emaxt ý

V

C V

ÿþ

ÿÿý

ü

ü

ý





ý

B B

E E

N B

E E

P M

P M

R

i M

ÿÿýüý

÷

÷ø

ö

÷

÷ø

e e e

N N

N

e e

M P

c b

a

P M

Xe Hybrid với Engine => sử dụng hộp sá tự động (Automatic Transmission) =>

goomg Bộ bi¿n mô thủy lực (Torque Converter) + Hộp sá hành tinh (Planetary Gear)

TÀI LIÞU THAM KHẢO

[1] Nguyán Hữu Cẩn và đãng nghiãp (2003): Lý thuy ¿t Ô tô Máy kéo. NXB: Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội – 2003

[2] Lê Vn Tụy (2007) : K ỹ thuÁt ô tô Hybrid Giáo trình l°u hành nội bộ ĐHBK ĐN Đà Nẵng – 2007

[3] Bùi vn Ga, Trần Vn Nam (2010): Ô tô không truy Án tháng NXB : Giao

dục Viãt Nam Đà Nẵng – 2010

[4] Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E Gay, Ali Emadi (2005): Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory and Design CRC PRESS LLC, New York (USA) - 2005

[5] David Crolla, Behrooz Mashadi: Vehicle Powertrain Systems John Wiley & Sons, Ltd Chichester, United Kingdom – 2012

BÀI 2:

Yêu cầu của bài học:

+ Xác định phương trình toán học mô tả đặc tính tốc độ động cơ;

+ Vẽ các đường đồ thị của chúng (với bất kỳ giá trị tốc độ nào)

2.1 XÂY DĀNG Đ¾C TÍNH TÞC ĐÞ NGOÀI ĐÞNG C¡ ĐT (ENGINE) 2.1.1 Dÿ lißu biết trước của ĐCĐT

Dữ liệu về thông số kỹ thuật của động cơ đốt trong cần phải biết để xây dựng đặc tính tốc độ ngoài có thể nhận được theo 2 cách:

a) Biết trước 2 điểm giá trị đặc trưng về thông số kỹ thuật của động cơ:

+ Công suất lớn nhất & tốc đô tương ứng: Pemax[kW], nN[rpm]

+ Mô-men cực đại & tốc độ tương ứng: Memax[N.m], nM[rpm]

Hình 2.1: Các điểm đặc trưng (Pemax, wN), (Memax, wM) trên đồ thị (??/??)

b) Có tập dữ liệu thí nghiệm M=f(n)

Trong trưßng hợp chưa có cặp thông số kỹ thuật về đặc tính động cơ, cần thiết phải tiến hành thực nghiệm để đo diễn biến mô-men M[N.m] theo tốc độ n[rpm] khi vị trí cung cấp nhiên liệu là 100%

Giả sử tập dữ liệu nhận được từ thực nghiệm như bảng 1:

BÁng 1: Sá liệu thực nghiệm đo M = f(n) khi vị trí cung cấp fuel ở 100%

e

 [rad/s] 57.6 115.2 172.8 230.4 288.0 345.6 403.2 460.8 518.4 576.0 M[N.m] 173.6 188.9 200.4 208.0 211.8 211.8 208.0 200.4 188.9 173.6

Hình 2.1b: Đồ thị biểu thị diễn biến M = f(w) và P = f(w) theo tác đß

(C ác điểm đặc trưng (Pemax, wN), (Memax, wM) ??)

Bằng phương pháp tính bình phương cực tiểu, thông qua công cụ AddTrendLine của MS Excel, ta được đa thức bặc 2 như sau:

M = A0 + A1e + A2 2

e

Với: A0 = 154.5246; A1 = 0.36475; A2 = -0.00058

Suy ra M đạt Memaxtại e = M khi: dM/de = 0

Hay: A1 +2.A2*M = 0 => M = - A1/(2*A2) = - 0.36475/(2*[-0.00058])

ÿÿ

ÿýü

÷

÷ø

ö

÷

÷ø

ö

÷

÷ø

e N

e N

e e e e

N

e N

e N

e e

c b

a

P M

P

c b

a

P M

2 max

2 max

Hay :

ÿþ

ÿÿ

ÿýü

÷

÷ø

ö

÷

÷ø

ö

÷

÷ø

max

2 max

N

e N

e N

e e

e

N

e N

e N

e e

c b

a P P

c b

a

P M

c) Trình tự tính toán:

Bước 1: Xác định phương trình toán học; tức là tìm a, b, c =???

Xác định các hằng số a, b và c theo các đặc trưngực nghiệm kM và kw của động cơ đốt trong:

ÿÿÿþ

ÿÿÿýü

212,1).5,01(1

894,01)2.(

1)2.(

b k c

k

a b

k k

k k

ÿ

ÿýü

ö

÷øö





825.14.314574

226.18.172

4.314

max

max max

M N

N e

e N

e M

k

P

M M

M k

Chú ý : các hằng sá thực nghiệm a,b và c cũng có thể suy ra từ sự đồng nhất của phư¢ng trình (1) và (3) đái với các sá h¿ng của biến sá e như sau:

ÿ ÿ ÿ ÿ þ

ÿÿ ÿ ÿ ý ü

574 00058 , 0

212 , 1 99184

574 36475 0

894 , 0 99184

574 5246 154

3

max

3 2

2

max

2 1

max 0

e N e N e N

P A c

P A b

P A a

N

 theo tỷ số đã cho

N e

Hình 2.2 : Đồ thị đặc tính tác đß ngoài đßng c¢ đát trong

2.2 XÂY DĀNG Đ¾C TÍNH TÞC ĐÞ MÔ-T¡ (ELECTRIC MOTOR)

2.2 1 Dÿ lißu biết trước của MOTOR

Dữ liệu cần thiết của động cơ đót trong để xây dựng đặc tính tốc độ ngoài có thể nhận được theo 2 cách:

a) Biết trước 2 điểm giá trị đặc trưng về thông số kỹ thuật của động cơ:

+ Công suất lớn nhất & tốc đô tương ứng: PEmax[kW], nN[rpm]

+ Mô-men cực đại (hoặc TàC ĐÞ C¡ BÀN): MEmax[N.m] (hay n B [rpm])

Hình 2.4: C ác điểm đặc trưng (PEmax, wN), (MEmax, wB) trên đồ thị (??/??)

b) Có tập dữ liệu thí nghiệm M=f(n)

Trong trưßng hợp chưa có cặp thông số kỹ thuật về đặc tính động cơ điện, cần thiết phải tiến hành thực nghiệm để đo diễn biến mô-men M[N.m] theo tốc độ n[rpm] khi vị trí phát công suất là 100% (thông sá điều khiển thường U[Volt])

Giả sử tập dữ liệu nhận được từ thực nghiệm như bảng 3:

BÁng 3: Sá liệu thực nghiệm đo M = f(n) khi nguồn U là định mức 100%

M[N.m] 251

0 2500 2490 1667 1250 1000 833 714 625 556 500

Hình 2.4b: Đồ thị biểu thị diễn biến M = f(w) và P = f(w) theo tác đß

(C ác điểm đặc trưng (PEmax, wN), (MEmax, wM) ??)

Chú ý r ằng: trên đồ thị 2.4b với đặc tính tốc độ của động cơ điện là hàm không liên tục Thưßng gồm 2 đoạn: đoạn có mô men lớn nhất & bằng hằng số (trong

ph¿m vi tác đß nhß của Mô-t¢; nhanhd còn l¿i có d¿ng đường Hyperbol)

Vì vậy, chia dữ liệu thành hai nhóm (chủ yếu tìm M=f(w); còn P = M.w)

+ T hứ nhất, chọn nhóm dữ liệu có giá trị gần như là hằng số để xấp xỉ hàm

M = Const Ví dụ trên bảng 3, chọn 3 dữ liệu đầu với   B= 40[rad/s] xấp xỉ hàm

bái hằng số, với giá trị là trung bình cộng của tập giá trị đã đo:

25003

24902500

2510

1 max  õ    



n

M M

n

i i

Bằng công cụ Add TrendLine trong MS Excel, dễ dàng có được các hằng

số xấp xỉ a & b của hàm Hyperbol M = f() như minh họa trên hình 2.5 như sau:

Hình 2.5: Hàm M = f() xấp xỉ nhờ công cụ Add TrendLine của MS Excel

Bao gồm các bước như sau:

Bước 1: Chọn dữ liệu (từ với  = 40 đến 200) & vẽ đồ thị như trên hình 2.5

Bước 2: Click Right (kích chußt phÁi) vào đưßng đồ thị để má menu trãi

xuống từ đồ thịnhư hình 2.6

Hình 2.6 : Click Right (kích chußt phÁi) vào đường đồ thị để mở menu trãi xuáng

Bước 3: Chọn mục Add Trendline (trên hình 2.6) để vào màn hình (Form

cửa sổ) tìm hàm xu hướng (hàm xấp xỉ)như hình 2.7

Hình 2.7: Màn hình để tìm hàm xấp xỉ (đường xu hướng)

Bước 4: à màn hình tìm hàm xu hướng (Format Trendline)như hình 2.7, tại vùng chọn hàm xu hướng Trendline Option, hãy chọn hàm mũ (ký hiệu Power);

đồng thßi Click chuột vào ô vuông kiểm tra có ký hiệu: Display Equation on

Chart để cho hiển thị hàm xấp xỉ lên đồ thị (xem hình 2.7) á gần cuối cửa sổ

Bước 5: Click chuột vào nút lệnh Close (hoặc OK tùy thußc phần mềm MS

Excel) để kết thúc việc tìm hàm (xác định hàm bởi công cụ Add trendline của MS

a

M   (xem hình 2.5)

Từ kết quả xấp xỉ hàm, có được: a = 100000 & b = -1; nghĩa là:

þ ý

100000

40];

.[2500

(10)

Nghĩa là ta có:

þý

[2500

]/[200];

[100000

max

max

s rad M

s rad W

P

B x

E

N E

[2500

]/[200];

[100000

max

max

s rad M

s rad W

P

B x

E

N E

ÿÿý

max

;

E E

E

P

P M

P

P M

;

max

max max

E

E B

E

M M

P

M

P M

Bước 3: Tính các giá trị mô-men M và giá trị công suất P = M.theo (12)

TÀI LIÞU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Hữu Cẩn và đồng nghiệp (2003): Lý thuyết Ô tô Máy kéo NXB:

Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội – 2003

[2] Lê Văn Tụy (2007) : Kỹ thuật ô tô Hybrid Giáo trình lưu hành nội bộ

ĐHBK ĐN Đà Nẵng – 2007

[3] Bùi văn Ga, Trần Văn Nam (2010): Ô tô không truyền thống NXB : Giao

dục Việt Nam Đà Nẵng – 2010

[4] Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E Gay, Ali Emadi (2005): Modern

Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory and Design CRC PRESS LLC, New York (USA) - 2005

BÀI 3:

ĐàNG BÞ TÞC ĐÞ CHO HÞ THÞNG TRUYÀN LþC Ô TÔ HYBRID

(CÓ CÂU TRÚC SONG SONG)

Yêu cầu của bài học:

+ Phân tích các cấu trúc bố trí Hệ thống truyền động HYBRID song song (B ộ truyền động kết hợp 2 nguồn công suất);

+ Xác định các thông số cơ bản của hệ thống truyền động

3.1 Các ph°¡ng án đáng bß tßc đß

3.1.1. S¡ đá bß trí nßi cứng tßc đß (kết hợp trục cứng – không có vi sai)

3.1.1.1 CÃu t¿o:

Hình 3.1 : Sơ đồ truyền đồng kết hợp song song kiểu kiểu nối kết cứng

Chú thích hình 3.1: 1: Nguồn công suất thứ nhất; 2: Nguồn công suất thứ hai; 3:

Bß truyền giảm tốc; 4: Trục kết hợp công suất; w 1 : Tốc đß nguồn thứ nhất; w 3 : Tốc

đß nguồn thứ hai; w 3 : Tốc đß chung của hai nguồn công suất; L 1 : Ly hợp thứ nhất;

L 2 : Ly hợp thứ hai; L 1 ; Z 1 : Số răng bánh răng chủ đßng của bß giảm tốc; Z 2 : Số răng bánh răng bị đßng của bß giảm tốc

3.1.1.2 Nguyên lý làm vißc:

a) Khi chỉ sử dụng nguán công suÃt (1):

Công suất từ nguồn (1) truyền qua ly hợp L1 (trạng thái đóng), rồi truyền thẳng đến trục (3) để đến cầu hộp số + chủ động với tốc độ góc 3  1 & M3 = M1

Lúc này ly hợp L2ngắt, bánh răng Z2 và Z1 quay lồng không trên trục (3) b) Khi chỉ truyÁn nguán công suÃt (2):

Khi chỉ truyền mỗi nguồn công suất (2) thì ly hợp L1 mở, L2 đóng để nối truyền động đến bánh răng Z1 rồi qua Z2 trên trục (3)

Công suất từ nguồn (2) truyền qua ly hợp L2 (đóng), rồi truyền qua bộ giảm tốc (Z2/Z1) Tốc độ góc trục (3) sẽ bằng :

÷ ø

ö

÷ ø ö







1 2

2 3

Z

c) Khi truyÁn đßng k¿t hợp cÁ hai nguán công suÃt (1) và (2):

Khi truyền động kết hợp cả hai nguồn động lực (1) và (2) thì cả hai ly hợp

L1 và L2 đều đóng, trục (3) sẽ nhận đồng thời hai nguồn công suất (1) và (2)

Tốc độ trục (3) luôn luôn bằng tốc độ góc của trục (1) : 3  1; trong khi tốc độ của trục (2) cũng phải luôn luôn bị kéo theo tốc độ bởi trục (3); tức là:

3 1 21

2

i    

Nghĩa là tốc độ hai guồn sẽ kéo nhau; phụ thuộc vào tốc độ phụ tải 3

Mômen kết hợp lúc này có thể đ°ợc xác định bằng ph°¡ng trình cân bằng công suất truyền đến bộ kết hợp (3):

3 1 21

Nếu bỏ qua ma sat thì: Vậy M3 = M1 + M2.i21 (3.4)

Với i21là tỷ số truyền của bộ giảm tốc từ nguồn (2) truyền đến trục (3)

¯u điểm: + Kết cấu đ¡n giản;

Nh°ợc điểm:

- Chỉ đồng bộ một chế độ thiết kế với w2/w1 = igt; ở các chế độ khác, khi vận hành thay đổi, khó khăn trong việc duy trì đồng bộ giữa hai nguồn luôn luôn đạt tỷ số w2/w1 = igt (?) Một trong hai nguồn bị kéo theo (nguồn công suất nhỏ hơn bị kéo theo = > tổn hao công suất nguồn kéo)

 Điều khiển đồng bộ bằng cách w2 = w1*igt

- Cần thiết phải có thêm hộp số chung! Điều này lại không phù hợp khi

vận hành riêng cho từng nguồn công suất

3.1.2. S¡ đá bß trí nối mềm tßc đß (kết hợp kiểu vi sai)

3.1.2.1 Cấu tạo :

Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ có thể đ°ợc chỉ ra trên hình 3.2

Hình 3.2: Bß kết hợp công suất kiểu vi sai tốc đß

1 : Nguồn đßng lực thứ nhất ; 2 : Nguồn đßng lực thứ hai ; 3 : Bß giảm tốc ; 4 : Bß kết hợp công suất kiểu vi sai tốc đß ; 5 : Trục thứ cấp của bß kết hợp ; R 1 - Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm, R 2 -Bán kính vòng chia vành răng bao, R 3 - Bán kính vòng tròn qua tâm trục các bánh vệ tinh : 1 : Tốc đß góc trục quay của

nguồn (1); 2 : Tốc đß trục quay của nguồn (2); 3 : Tốc đß góc trục thứ cấp của

bß kết hợp; Z 1 , Z 2 - Số răng của bß giảm tốc từ nguồn (2) về bß kết hợp: L 1 , L 2 : Các ly hợp tương ứng với các nguồn (1) và nguồn (2)

3.1.2.2 Nguyên lý :

a) Khi truyÁn đßng k¿t hợp cÁ hai nguán công suÃt (1) và (2):

 Mômen xoắn ở trục thứ cấp (3) đ°ợc xác định nh° sau :

Gọi F1 là lực vòng t°¡ng tác giữa bánh răng trung tâm (có bán kính vòng chia R1) và bánh răng hành tinh (4)

Gọi F2 là lực vòng t°¡ng tác giữa bánh răng bao (có bán kính vòng chia R2)

và các bánh răng hành tinh (4)

Mômen xoắn của trục trung tâm: M1 = F1.R1 (3.5)

Mômen xoắn của vành răng bao: M2 = F2.R2 (3.5B)

Xét bánh răng hành tinh (4) có hai lực tác dụng là F1 và F2, nên lực tổng hợp tác dụng lên trục di động của nó là:

M3 = F3.R3 = (F1 + F2).R3 (3.6B) Thay F1 và F2từ (3.5) vào (3.5B) ta có:

2

2 1

R

M R

R

R M R

R

Đặc biệt, khi các momen từ bánh răng trung tâm M1 và từ vành răng bao M2

truyền đến các bánh răng hành tinh theo tỷ lệ :

2

1 2

3 1 1

3

R

R 2 M R

R 2