Nghiên cứu sự kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện trên xe hybrid

Mục Lục TrangLời nói đầu1Chương 1: Tổng quan xe ôtô hybrid21. Định nghĩa ôtô hybrid22.Các loại xe hybrid23.Ưu điểm của xe hybrid34.Đặc điểm xe HEVs55.Các bộ phận chính trên xe hybrid76. Các phương án truyền động của xe hybrid8 6.1.Kiểu hybrid nối tiếp.86.2.Kiểu hybrid song song.106.3.Kiểu hybrid nối tiếp – song song11Chương 2 : Phân tích chọn phương án131.Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mômen132.Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ.163.Hệ thống truyền lực hybrid dùng hỗn hợp bộ kết nối mômen và tốc độ194.Chọn phương án thiết kế205.Điều khiển sự kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện225.1.Sơ đồ hệ thống điều khiển225.2.Các phương pháp điều khiển235.2.1.Điều khiển theo trạng thái nạp lớn nhất của ắc quy235.2.2.Điều khiển theo chế độ tự động bật tắt động cơ245.3.Điều khiển bộ kết nối mômen255.4.Điều khiển điểm làm việc của động cơ đốt trong26Chương 3: Tính toán sức kéo cho xe hybrid281. Những thông số ban đầu và phương pháp tính chọn282.Sơ đồ hệ thống truyền lực303.Các trạng thái điều khiển của xe314.Tính toán sức kéo của xe334.1.Tính tỉ số truyền cầu chủ động334.2.Tính chọn động cơ đốt trong và động cơ điện334.3.Xác định tỉ số truyền của hộp số384.4.Xây dựng đồ thị cân bằng công suất404.5.Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo424.6.Xây dựng đồ thị đặc tính động lực học454.7.Xây dựng đồ thị đặc tính tăng tốc464.7.1.Đồ thị gia tốc464.7.2.Đồ thị thời gian, quãng đường tăng tốc48Chương 4: Thiết kế bộ kết nối mômen501. Tính toán các thông số cơ bản của bánh răng 502. Thiết kế trục55 2.1.Chọn vật liệu55 2.2.Xác định đường kính sơ bộ các trục55 2.3.Sơ đồ chung552.4.Tính trục vào I (trục vào của động cơ điện )572.5.Tính trục II ( trục ra của bộ kết nối mômen )592.6.Tính trục III ( trục vào của động cơ đốt trong ) 62 2.7.Kiểm nghiệm độ bền mỏi653. Chọn ổ lăn69 3.1.Chọn ổ lăn trục I ( trục vào của động cơ điện )69 2.2.Chọn ổ lăn trục II ( trục ra của bộ kết nối )70 2.3.Chọn ổ lăn trục III ( trục vào của động cơ đốt trong )72Kết luận 75Tài liệu tham khảo76

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Nghiên cứu sự kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện trên xe hybrid.

2 Các số liệu ban đầu:

Tham khảo xe Toyota Prius,Lexus,Honda Civic…

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

3.1 Tổng quan xe ôtô Hybrid

3.2 Phân tích chọn phương án

3.3 Tính toán sức kéo

3.4 Thiết kế bộ kết nối mômen

4 Các bản vẽ và đồ thị

- Bản vẽ thuật toán điều khiển (AO)

- Bản vẽ các phương án truyền lực hybrid (AO)

- Bản vẽ các chế độ hoạt động (AO)

- Bản vẽ bố trí chung trên xe (AO)

- Bản vẽ bộ kết nối mômen (AO)

- Bản vẽ đặc tính kéo (AO)

5 Cán bộ hướng dẫn: TS Đàm Hoàng Phúc

6 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 03-02-2012

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Chương 1: Tổng quan xe ôtô hybrid 2

1 Định nghĩa ôtô hybrid 2

2.Các loại xe hybrid 2

3.Ưu điểm của xe hybrid 3

4.Đặc điểm xe HEVs 5

5.Các bộ phận chính trên xe hybrid 7

6 Các phương án truyền động của xe hybrid 8

6.1.Kiểu hybrid nối tiếp 8

6.2.Kiểu hybrid song song 10

6.3.Kiểu hybrid nối tiếp – song song 11

Chương 2 : Phân tích chọn phương án 13

1.Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mômen 13

2.Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ 16

3.Hệ thống truyền lực hybrid dùng hỗn hợp bộ kết nối mômen và tốc độ 19

4.Chọn phương án thiết kế 20

5.Điều khiển sự kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện 22

5.1.Sơ đồ hệ thống điều khiển 22

5.2.Các phương pháp điều khiển 23

5.2.1.Điều khiển theo trạng thái nạp lớn nhất của ắc quy 23

5.2.2.Điều khiển theo chế độ tự động bật tắt động cơ 24

5.3.Điều khiển bộ kết nối mômen 25

5.4.Điều khiển điểm làm việc của động cơ đốt trong 26

Chương 3: Tính toán sức kéo cho xe hybrid 28

1 Những thông số ban đầu và phương pháp tính chọn 28

2.Sơ đồ hệ thống truyền lực 30

3.Các trạng thái điều khiển của xe 31

4.Tính toán sức kéo của xe 33

4.1.Tính tỉ số truyền cầu chủ động 33

4.2.Tính chọn động cơ đốt trong và động cơ điện 33

4.3.Xác định tỉ số truyền của hộp số 38

4.4.Xây dựng đồ thị cân bằng công suất 40

4.5.Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo 42

4.6.Xây dựng đồ thị đặc tính động lực học 45

4.7.Xây dựng đồ thị đặc tính tăng tốc 46

4.7.1.Đồ thị gia tốc 46

4.7.2.Đồ thị thời gian, quãng đường tăng tốc 48

Chương 4: Thiết kế bộ kết nối mômen 50

1 Tính toán các thông số cơ bản của bánh răng 50

2 Thiết kế trục 55

2.1.Chọn vật liệu 55

2.2.Xác định đường kính sơ bộ các trục 55

2.3.Sơ đồ chung 55

2.4.Tính trục vào I (trục vào của động cơ điện ) 57

2.5.Tính trục II ( trục ra của bộ kết nối mômen ) 59

2.6.Tính trục III ( trục vào của động cơ đốt trong ) 62

2.7.Kiểm nghiệm độ bền mỏi 65

3 Chọn ổ lăn 69

3.1.Chọn ổ lăn trục I ( trục vào của động cơ điện ) 69

2.2.Chọn ổ lăn trục II ( trục ra của bộ kết nối ) 70

2.3.Chọn ổ lăn trục III ( trục vào của động cơ đốt trong ) 72

Kết luận 75

Tài liệu tham khảo 76

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay tình hình ô nhiễm môi trường đang ngày càng trở nên nghiêm trọngtrên toàn thế giới, gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người Bên cạnh đó nguồndầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt và giá xăng dầu càng ngày càng tăng Trong khi ô

tô chính là phương tiện sử dụng xăng dầu nhiều nhất và thải ra một lượng khí thảilớn Vì vậy chính phủ các nước đang tìm mọi cách để sản xuất ra những chiếc xe ítthải khí thải gây độc hại cho môi trường và tìm ra những nguồn năng lượng mớisạch hơn Và xe Hybrid là một sự lựa chọn hợp lý cho tình hình hiện nay trước khi

có những bước tiến xa hơn về công nghệ để đi tới sản xuất xe điện, loại xe không cókhí thải khi hoạt động và đáp ứng hoàn toàn được yêu cầu đặt ra

Do đó, đề tài tốt nghiệp của em đi sâu vào nghiên cứu sự kết hợp giữa động

cơ điện và động cơ xăng sử dụng trên xe Hybrid Sự kết hợp này thực sự là sự kếthợp tối ưu làm tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm tối đa lượng khí thải ra môitrường

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đàm Hoàng Phúc đã hết sức nhiệt tình và tâmhuyết khi hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án này Đồng thời em xin gửi lời cảm ơnsâu sắc đến các thầy giáo trong bộ môn ôtô cùng toàn thể các bạn trong lớp đã giúp

đỡ em trong thời gian làm đồ án

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn cũng như thiếukinh nghiệm thực tế nên trong khuôn khổ đồ án này sẽ không tránh khỏi nhữngthiếu sót Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo thêm để đề tài của em được hoànthiện hơn

Hà Nội, ngày 04 tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện

PHẠM XUÂN LINH

Chương 1 Tổng quan xe ôtô Hybrid

1.Định nghĩa ôtô Hybrid

Ôtô hybrid là dòng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp Động cơ hybrid là sự kết hợpgiữa động cơ đốt trong thông thường với một nguồn năng lượng khác Bộ điềukhiển điện tử sẽ quyết định sử dụng nguồn năng lượng nào, tức là khi nào dùngđộng cơ đốt trong, khi nào dùng nguồn năng lượng kia, khi nào dùng vận hành đồngbộ

2 Các loại xe Hybrid

HEVs là viết tắt của H ybrid E lectric V ehicles, là loại xe hybrid sử dụng tổ hợpđộng cơ đốt trong và động cơ điện Với loại xe HEVs, có khả năng tái sinh nănglượng khi phanh hoặc xe xuống dốc, lúc này động cơ điện hoạt động như một máyphát điện tận dụng năng lượng sinh ra khi phanh để nạp cho ắc quy

PHEV là viết tắt của P lugin H ybrid E lectric V ehicles, cũng tương tự nhưHEVs sử dụng tổ hợp động cơ đốt trong và động cơ điện Bên cạnh đó PHEV còn

có có khả năng nạp điện cho ắc quy từ nguồn điện bên ngoài

HEV và PHEV sử dụng nguồn năng lượng điện là nguồn năng lượng sạch.Năng lượng điện được cấp từ ắc quy, và có thể tái sinh được thông qua quá trìnhphanh hay khi xe xuống dốc, hoặc được nạp từ lưới điện bên ngoài Hệ truyền độngđiện ít tổn hao và hiệu suất cũng cao

HHV là viết tắt của H ybrid H ydraulic V ehicles, là loại xe hybrid sử dụng kếthợp giữa động cơ đốt trong với mô tơ thủy lực Các chế độ hoạt động cũng như vậnhành của loại xe này cũng tương tự như loại sử dụng động cơ điện Nguồn nănglượng thủy lực cũng là một trong những nguồn năng lượng sạch Tuy nhiên hệthống thủy lực lại tổn hao nhiều năng lượng trên đường truyền

Trên các loại xe hybrid hiện nay, nguồn năng lượng từ động cơ đốt trong cũng

có thể được cải tiến :

Hoàn thiện động cơ đốt trong : bao gồm hệ thống common rail điều khiển điện

tử, xử lý khí thải trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chấtlượng nhiên liệu, sử dụng diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp Nhiên liệu trên ôtôngày nay còn được thay thế bằng nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng, hay dung đồng thời(dual fuel)

Sử dụng pin nhiên liệu – pin hydrogen : là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếphóa năng trong pin thành điện năng Do không xảy ra quá trình cháy nên nhiên liệuôtô là sạch Tuy nhiên việc nạp hydro dưới áp suất cao vẫn rất khó khăn

3.Ưu điểm của xe Hybrid

Về tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm : dựa trên đặc tính của động cơđốt trong, ta thấy được dải hoạt động của mômen xoắn chưa tối ưu Ở tốc độ vòngquay động cơ thấp, mômen nhỏ không đáp ứng được điều kiện cản, do đó xe ôtôthông thường cần phải có hộp số Hơn nữa, đặc tính mức tiêu thụ nhiên liệu củađộng cơ cho thấy chỉ có một vùng động cơ hoạt động tối ưu với mômen lớn và mứctiêu thụ nhiên liệu nhỏ Xe hybrid giải quyết được vấn đề này, bộ điều khiển sẽquyết định trạng thái hoạt động của động cơ để điều chỉnh dải làm việc của động cơtrong vùng tối ưu của nó

H1.1:Đặc tính công suất, mômen của động cơ đốt trong

H1.2 là đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ đốt trong Đặc tính thể hiệnđược đường công suất ngoài và đường mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ thuđược qua băng thử Từ công suất ngoài và mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ, taxác định được đường kinh tế nhiên liệu của xe (đường nét gạch trên H1.2) Trênđường này ta có công suất của động cơ lớn và mức tiêu thụ nhiên liệu nhỏ, khi động

cơ hoạt động trong vùng này sẽ tiết kiệm được nhiên liệu và có lượng phát thải độchại ít Tuy nhiên vùng hoạt động tối ưu của động cơ đốt trong chỉ giới hạn trongkhoảng nhỏ ( khi động cơ hoạt động ở số vòng quay trung bình và mômen lớn ) và

xe không làm việc nhiều trong vùng này Do vậy, với sự hỗ trợ hoạt động của động

cơ điện, ta có thể thu hẹp dải làm việc của động cơ đốt trong trong vùng hoạt độngtối ưu xác định để tănng tính kinh tế nhiên liệu của xe

Về mặt đặc tính động lực học của xe : ở chế độ khởi hành, xe chỉ dùng động

cơ điện Đặc tính mômen cơ của động cơ điện như h1.2 cho ta thấy tại số vòng quaynhỏ mômen của động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất thích hợp Còn khi số vòng quay vượt quá số vòng quay định mức thì khi tiếp tục tăng, đường mômen là đường hypebol bậc 2 (số vòng quay tăng thì mômen giảm) đường này cũng phù hợp với đặc tính động lực học của xe Do vậy nếu kết hợp được động

cơ đốt trong và động cơ điện trên xe hybrid sẽ tăng được hiệu suất làm việc của xe

H1.2: Đặc tính công suất,mômen của động cơ điện.

4.Đặc điểm xe HEVs

H1.3:Sơ đồ dòng năng lượng hệ thống Hybrid

Trên đây là sơ đồ dòng năng lượng của loại xe HEVs Động cơ điện được sửdụng để khởi động xe, trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành động cơ đốttrong, khi cần tăng tốc cực đại hay vượt dốc thì hai động cơ vận hành đồng bộ.Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe tăng tốc cựcđại hoặc leo dốc Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụng nhưmột máy phát để nạp điện cho ắc quy Không giống như các phương tiện sử dụngđộng cơ điện khác, động cơ HEVs không cần nguồn điện bên ngoài, động cơ đốttrong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy khi cần thiết Dòng năng lượng đi ra từđộng cơ đốt trong là dòng năng lượng đơn hướng, còn ắc quy có khả năng tích hoặcphóng năng lượng nên có dòng năng lượng hai chiều Phối hợp sự chuyển hóa nănglượng trong sơ đồ sẽ tạo ra các chế độ làm việc khác nhau trên xe

Các chế độ làm việc của hệ thống Hybrid :

1 Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ này được sửdụng trong vùng tối ưu của động cơ đốt trong Khi xe đạt đến một tốc độ đã đượcxác định từ đặc tính động cơ, động cơ sẽ được khởi động và khi động cơ đạt được

số vòng quay ở vùng tối ưu thì động cơ điện sẽ tắt và xe được chạy hoàn toàn bằngđộng cơ đốt trong

2 Động cơ điện một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ này được sửdụng khi xe chạy ở chế độ khởi hành, vận hành xe ở tốc độ thấp, hay địa hình hạnchế phát thải ô nhiễm Do đặc tính của động cơ điện có mômen lớn ở số vòng quaythấp nên tận dụng được mômen Khi ở số vòng quay thấp động cơ đốt trong có mứctiêu thụ nhiên liệu lớn do đó sử dụng động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu ,và khôngphát sinh phát thải độc hại

3 Cả hai động cơ đốt trong và điện truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ nàyđược sử dụng trong quá trình tăng tốc hay leo dốc Khi xe tăng tốc đến tốc độ màđộng cơ đốt trong vượt ra khỏi dải tối ưu thì động cơ điện lại được khởi động bổsung năng lượng giúp đẩy xe Công suất hai động cơ được kết nối đẩy xe tăng tốccực đại hay cần mômen để vượt dốc

4 Ắc quy thu năng lượng từ tải (phanh tái sinh) Trong quá trình phanh năng lượngđược thu hồi và lưu tại pin để tái sử dụng sau thông qua một động cơ điện Nănglượng sinh ra khi phanh trên xe thông thường chuyển hóa thành nhiệt năng, còn trên

xe hybrid hệ thống phanh được cải tiến để thu hồi năng lượng chuyển thành điệnnăng nạp điện cho ắc quy

5 Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong Chế độ mà động cơ đốt trong nạp nănglượng cho pin khi xe dừng lại lúc đó không có năng lượng đi tới tải hoặc khi ắc quycần nạp điện Khi xe dừng lại động cơ đốt trong có thể được tắt, nhưng nếu ắc quycần nạp điện thì năng lượng từ động cơ không truyền tới bánh xe mà truyền quađộng cơ điện để nạp cho ắc quy

6 Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong và từ tải đồng thời Khi xe xuống dốc,năng lượng từ động cơ tới động cơ điện do không có cản, lúc này lực cản quán tính

sẽ âm Năng lượng do lực này sinh ra sẽ cấp điện nạp cho ắc quy

7 Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thời Khi ắc quy cầnnạp điện (sắp hết điện), dòng năng lượng từ động cơ chia thành hai dòng tới động

cơ điện để nạp cho ắc quy và tới bánh xe chủ động

8 Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới ắc quy và động cơ điện nhận năng lượng

từ ắc quy truyền tới tải

9 Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và tải truyền năng lượng tới ắc quythông qua động cơ điện

5.Các bộ phận chính trên xe hybrid

− Động cơ đốt trong : là nguồn động lực chính trong động cơ hybrid; có thể sử dụngđộng cơ xăng; động cơ diesel, động cơ hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu

− Động cơ điện : là nguồn năng lượng bổ sung Động cơ điện nhận năng lượng điện

từ ắc quy và chuyển thành năng lượng cơ khí dẫn động bánh xe ,nhận năng lượng

cơ khí từ động cơ đốt trong hay phanh tái sinh và chuyển năng lượng điện để nạpcho ắc quy Ưu điểm của động cơ điện là cho mô-men lớn ở số vòng quay nhỏ,hoạt động êm, hiệu suất cao

− Hộp số : truyền và biến đổi mômen ,tốc độ giữa 2 nguồn động lực Với ô tô hybrid

có thể dùng nhiều loại hộp số khác nhau Bốn loại hộp số thường dùng là: hộp số vôcấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số tự động thông thường với bộ chuyểnđổi mô-men

− Ắc quy: là một thành phần quan trọng của động cơ hybrid, đảm bảo các yêu cầunhư tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao Hiện naythường sử dụng ắc quy Nickel Metal Hydride thay thế cho ắc quy chì axit thôngthường Với những ưu điểm như : tuổi thọ cao ,trọng lượng nhỏ ,phù hợp cả khi sửdụng ở vùng công suất cao và nhiệt độ thấp ; loại ắc quy này đang được sử dụngrộng rãi trên ôtô điện và hybrid hiện nay Ngoài ra ,pin Lithinum-ion và Lithinum-

− Bộ phận điều khiển: điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa động cơđốt trong và động cơ điện.

H1.4:Xe hybrid với động cơ xăng và điện

H1.4 giới thiệu các bộ phận chính trên một chiếc xe hybrid hiện nay cũng như

bố trí, sắp đặt các bộ phận này trên xe

6 Các phương án truyền động của xe Hybrid

Tuỳ theo sự phối hợp giữa động cơ nhiệt và động cơ điện mà có ba dạng hệthống kết nối chính sau đây

6.1 Kiểu hybrid nối tiếp :

H1.5 :Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu nối tiếp

H1.5 là sơ đồ nguyên lý chung của kiểu truyền lực mắc nối tiếp Hệ thốngtruyền lực loại này có các bộ phận chính như : động cơ đốt trong, máy phát, ắc quy,

bộ chuyển đổi điện, động cơ điện, hệ truyền lực và vi sai

Động cơ điện truyền lực đến bánh xe, công việc duy nhất của động cơ đốttrong là kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc quy hoặc cung cấpcho động cơ điện Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc quy vàmột sẽ dùng chạy động cơ điện Động cơ điện ở đây có vai trò truyền công suất tớitruyền lực chính và bánh xe chủ động để đẩy xe ,nhưng nó cũng có thể hoạt độngnhư một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quátrình phanh

Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ chỉ làm việc ở một vùng tối ưu xác định nên

giảm được ô nhiễm môi trường, tăng được hiệu suất chung của xe Sơ đồ này có thểkhông cần hộp số do động cơ điện trên xe có đặc tính gần giống với đặc tính kéocủa xe

Nhược điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm

như: Kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song Động

cơ điện là nguồn động lực duy nhất để kéo xe do đó cần có công suất lớn, kíchthước lớn để đáp ứng khả năng vận hành của xe Bên cạnh đó, năng lượng từ động

cơ đốt trong bị biến đổi hai lần làm giảm hiệu suất

6.2 Kiểu hybrid song song :

H1.6 :Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu song song

H1.6 là sơ đồ chung của loại xe hybrid mắc nối theo sơ đồ song song Cũnggiống như kiểu hybrid trên ,ở đây cũng có đầy đủ các bộ phận chính đảm nhiệm cácchức năng của xe hybrid Tuy nhiên ,ở sơ đồ này không cần có máy phát ,nănglượng truyền từ động cơ đốt trong đến bánh xe chủ động không qua chuyển đổi cơ-điện-cơ

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơ đốttrong và động cơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe với mức độ tuỳ theo các điềukiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống này động cơ đốt trong đóng vai trò là nguồnnăng lượng truyền mômen chính còn động cơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăngtốc hoặc vượt dốc Ở hệ thống hybrid này không cần dùng máy phát điện riêng dođộng cơ điện có tính năng hai chiều có thể làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong

các chế độ hoạt động bình thường.Năng lượng ít tổn thất cho các cơ cấu truyềnđộng trung gian, có thể có thêm một động cơ điện nhỏ hơn làm nhiệm vụ khởi độngđộng cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy

Ưu điểm : Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng

lượng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lượngbình ắc quy nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghépnối tiếp và hỗn hợp

Nhược điểm : Động cơ điện ( máy điện) cũng như bộ phận điều khiển mô tơ

điện có kết cấu phức tạp, giá thành đắt và động cơ đốt trong phải thiết kế công suấtlớn hơn kiểu hybrid nối tiếp Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiênliệu không cao do điểm làm việc của động cơ đốt trong không cố định

6.3 Kiểu hybrid nối tiếp – song song :

H1.7 là sơ đồ tổng hợp của hai kiểu hybrid nối tiếp – song song Các bộ phậnchính của cả hai sơ đồ trên đều phải có trên kiểu xe này

H1.7 :Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu nối tiếp-song song

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối

đa các lợi ích được sinh ra Hệ thống hybrid nối tiếp – song song này có một bộ

công suất của động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động Tuy nhiên

xe có thể chạy theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện

Ưu điểm : hệ thống này có thể hoạt động như hệ thống nối tiếp hay song song

hoặc cả hai tùy thuộc điều kiện lái xe Ở tốc độ cao hệ thống hoạt động ở chế độsong song , công suất truyền trực tiếp từ động cơ đến bánh xe , lúc này động cơ cóthể chạy gần như với hiệu quả cao nhất của nó.Ở điều kiện chạy chậm hay dừng xe ,

hệ thống sẽ chạy ở chế độ nối tiếp, công suất truyền từ động cơ đến máy phát tới

mô tơ, để cho phép nó chạy với hiệu suất cao nhất của nó

Nhược điểm : hệ thống này phức tạp , khó điều khiển hơn và giá thành cao

hơn

Chương 2 Phân tích chọn phương án

Trong hệ thống truyền lực hybrid mắc nối theo sơ đồ kết nối song song, việc kếthợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện liên quan tới việc kết hợp hai yếu tố tốc

độ và mômen xoắn cho đầu ra, điều này được quyết định bởi bộ kết nối giữa động

cơ đốt trong và động cơ điện Sau đây, em xin phân tích các phương án của bộ kếtnối

1. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mômen

H2.1:Thiết bị kết nối mômen

Một thiết bị kết nối mômen như sơ đồ H2.1 gồm có 3 cổng và có 2 bậc tự do.Cổng 1 là đầu vào đơn hướng, cổng 2 và 3 là cổng ra hoặc vào 2 chiều, nhưng cả 2không cùng là cổng vào một lúc Cổng 1 kết nối trực tiếp với động cơ đốt tronghoặc thông qua 1 hộp số cơ khí Cổng 2 kết nối trực tiếp với trục của mô tơ điệnhoặc qua 1 hộp số cơ khí Cổng 3 kết nối với bánh xe chủ động qua liên kết cơ khí.Nếu bỏ qua tổn thất và giả sử cổng 2 đang là cổng vào thì năng lượng ra bánh

Mômen kết nối có thể được biểu diễn : T3 = k1T1+k2T2 với k1 và k2 là tham sốcấu trúc của bộ kết nối mômen

Vận tốc góc ω1 ,ω2 và ω3 quan hệ với nhau : ω3 = ω1/k1 = ω2/k2

Thiết bị kết nối mômen có rất nhiều kiểu khác nhau H2.2 cho thấy một sốthiết bị cơ bản như : truyền động bánh răng, đai hay sử dụng trực tiếp mô tơ điện

H2.2:Một số thiết bị kết nối mômen

Do tính đa dạng của bộ kết nối mômen nên hệ thống truyền lực hybrid songsong có nhiều cấu hình khác nhau Dựa trên bộ kết nối mômen được dùng ,cấu hình

1 hay 2 trục sẽ được sử dụng Trong mỗi cấu hình, hộp số có thể được đặt tại các vịtrí khác nhau dẫn đến đặc tính kéo khác nhau

H2.3:Cấu hình 2 trục

Trên đây là 1 cấu hình 2 trục của hệ thống truyền lực hybrid, trong đó bộ kếtnối được sử dụng là kiểu hộp giảm tốc với 2 cặp bánh răng ăn khớp ngoài Hộp sốđược đặt giữa bộ kết nối mômen và bánh xe chủ động Hộp số tăng cường mômencủa cả động cơ và mô tơ điện với cùng tỷ lệ.Cấu hình này sẽ thích hợp khi động cơ

và mô tơ điện tương đối nhỏ được sử dụng

H2.4:Cấu hình 1 trục

H2.4 là cấu trúc đơn giản và gọn nhẹ nhất của bộ kết nối mômen của kiểu laisong song, cấu hình 1 trục, roto của mô tơ điện có chức năng như 1 bộ kết nốimômen (với k1=1 và k2=1) Mô tơ điện có thể đặt giữa động cơ và hộp số hoặc ởgiữa hộp số và truyền lực cuối Trong hình trên mômen của cả động cơ và mô tơđiện được biến đổi bởi hộp số Tuy nhiên ,động cơ và mô tơ điện được yêu cầu códải tốc độ như nhau Cấu hình này được dùng với loại mô tơ nhỏ, được gọi là hệthống truyền lực hybrid nhẹ, trong đó chức năng của động cơ điện như 1 máy khởiđộng, 1 máy phát điện, 1 động cơ phụ và cho phanh tái sinh

• Ưu điểm : kết cấu nhỏ gọn, đơn giản Đặc tính kéo của xe gần giống với đặc tính

tối ưu Hiệu suất cao do ít tổn hao qua bộ truyền

• Nhược điểm : hai nguồn động lực cần có dải tốc độ như nhau do ở chế độ hybrid

tốc độ trục ra phải tỉ lệ với cả tốc độ của động cơ đốt trong và động cơ điện

2. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ

H2.5:Thiết bị kết nối tốc độ

Năng lượng được cung cấp bởi 1 nguồn năng lượng có được kết nối cùngnhau bằng cách cộng tốc độ của chúng Tương tự bộ kết nối mômen, bộ kết nối tốc

độ có sơ đồ như H2.5 cũng gồm 3 cổng – 2 bậc tự do Cổng 1 kết nối với động cơđốt trong với dòng năng lượng đơn hướng Cổng 2 và 3 có thể kết nối với mô tơđiện hoặc truyền lực cuối, cả 2 đều với dòng năng lượng 2 chiều

Bộ kết nối tốc độ cơ khí có thuộc tính : ω3 = ω1k1 + ω2k2

với k1 và k2 là hằng số kết hợp với cấu trúc và hình học được thiết kế Trong số

3 tốc độ ,ω1 , ω2 và ω3 ,2 trong số chúng độc lập với nhau và có thể điều khiển độclập Do sự ràng buộc của bảo toàn năng lượng, mômen xoắn được liên kết cùngnhau bởi : T3 = T1/k1 = T2/k2

Một thiết bị kết nối tốc độ điển hình là hệ bánh răng hành tinh như H2.6 :

H2.6:Hệ bánh răng hành tinh Willson

Hệ bánh răng hành tinh gồm 3 cổng đơn vị : bánh răng mặt trời, bánh răngbao và cần dẫn được đánh số 1,2,3 tương ứng trên hình.

Với ig = R2/R1 = Z2/Z1 ta có mối quan hệ tốc độ và mômen như sau :

Thiết bị khác được sử dụng như một bộ kết nối tốc độ là mô tơ điện với statokhông cố định (được gọi là transmoto) Có thể coi mô tơ gồm có stato cố định vớikhung như 1 mô tơ truyền thống, và có 2 roto – roto trong và roto ngoài Rotongoài, roto trong và khoảng không khí là 3 cổng như H2.7 :

hệ mômen : Tor = Tir = Te

Tương tự thiết bị kết nối mômen, bộ kết nối tốc độ có thể sử dụng để cấuthành hệ thống truyền lực hybrid Với 2 loại thiết bị kết nối tốc độ dùng hệ bánh

răng hành tinh hay transmotor, ta cũng có 2 cấu hình khác nhau như hai ví dụ dướiđây H2.8 và H2.9

H2.8:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng

hành tinh

Như đã phân tích về bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng hành tinh ở trên, đểthay đổi chế độ hoạt động của xe ta bố trí thêm cơ cấu khóa 1 và 2 Khi khóa 1 hoạtđộng, năng lượng truyền từ động cơ đốt trong sẽ bị ngắt, còn khi khóa 2 hoạt độngbánh răng bao của hệ hành tinh đứng yên tức là năng lượng truyền từ động cơ điện

bị ngắt Khi cả hai khóa mở, xe hoạt động chế độ hybrid –cả hai động cơ cùngtruyền năng lượng tới bánh xe chủ động

H2.9:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu transmoto

Cũng hoàn toàn tương tự với sơ đồ H2.8, trên H2.9 khóa 1 và ly hợp 2 được sửdụng để khóa roto ngoài với khung và roto ngoài với roto trong, tương ứng Trạngthái của hai ly hợp và khóa quyết định đến chế độ hoạt động của xe

 Ưu điểm : đảm bảo tính linh hoạt về phương diện tốc độ của hai động cơ, tránh

được hiện tượng cưỡng bức tốc độ của 1 trong 2 nguồn khi tốc độ làm việc khácnhau

 Nhược điểm : kết cấu hệ bánh băng hành tinh cồng kềnh, còn transmotor phức tạp

yêu cầu chế tạo chính xác cao

3 Hệ thống truyền lực hybrid dùng hỗn hợp kết nối mômen và tốc độ

Bằng kết nối tổ hợp mômen và tốc độ, có thể thiết lập hệ thống truyền lựchybrid mà trong đó trạng thái kết nối mômen và kết nối tốc độ có thể được lựa chọnxen kẽ Ví dụ như sơ đồ H2.10 Ngoài sơ đồ H2.10 có rất nhiều sơ đồ sử dụng hỗnhợp kết nối mômen và tốc độ bắng cách dùng xen kẽ các cấu hình của hai kiểu bộkết nối

H2.10 : Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc độ với hệ bánh

răng hành tinh

Khi chế độ kết nối mômen được chọn, khóa 2 khóa bánh răng bao của hệ hànhtinh với khung xe trong khi ly hợp 1 và 3 đóng còn ly hợp 2 mở Công suất củađộng cơ và mô tơ điện được cộng cùng nhau bằng cách cộng mômen của chúngthông qua bánh răng Za ,Zb và ly hợp 3 tới trục bánh răng mặt trời Trong trường

hợp này ,hệ bánh răng hành tinh chỉ có nhiệm vụ như 1 bộ giảm tốc Tỷ số truyền từbánh răng mặt trời tới cần dẫn : ω1/ω3 = 1+ig

Khi chế độ kết nối tốc độ được chọn là chế độ hoạt động hiện hành, ly hợp 1

và 2 đóng trong khi ly hợp 3 mở, và khóa 1 và 2 giải phóng bánh răng mặt trời vàbánh răng bao Tốc độ của cần dẫn, kết nối tới bánh xe chủ động ,là sự kết hợp củatốc độ động cơ và mô tơ Nhưng mômen của động cơ, của mô tơ điện và trên bánh

xe chủ động giữ quan hệ cố định với nhau

Với phương án để chọn các chế độ kết nối công suất (khớp nối mô-men hoặckhớp nối tốc độ), các máy công suất có nhiều cơ hội hơn để lựa chọn cách thức hoạtđộng và khu vực hoạt động để tối ưu hóa hiệu suất của chúng Ví dụ, ở xe tốc độthấp, chế độ hoạt động kết hợp mô-men xoắn có thể thích hợp để tăng tốc cao hoặcleo dốc Mặt khác, ở xe tốc độ cao, chế độ kết hợp tốc độ sẽ được sử dụng để giữtốc độ động cơ trong khu vực tối ưu của nó Tuy vậy, kết cấu bộ truyền này phứctạp, kích thước lớn và đặc tính kéo cũng phức tạp hơn hai kiểu trên

4 Chọn phương án thiết kế

Qua các phân tích về đặc điểm và ưu nhược điểm của các phương án truyền động cũng như các phương án kết nối truyền lực trên xe hybrid, em lựa chọn

phương án thiết kế : hệ thống truyền lực cho xe Hybrid mắc theo sơ đồ nối ghép

song song và sử dụng bộ kết nối mômen H2.11 cho ta thấy sơ đồ hệ thống truyền

lực sẽ được thiết kế trong đồ án này Với sơ đồ trên ta vẫn đảm bảo được sự hoạt động của động cơ đốt trong cũng như cấu trúc của hệ thống truyền lực như kiểu xe hơi truyền thống trong khi tận dụng được mômen lớn của động cơ điện ở tốc độ thấp Vì vậy việc thiết kế xe ôtô Hybrid không phải bắt đầu từ đầu mà dựa vào những ưu điểm của kiểu xe hơi truyền và đồng thời khắc phục được những nhược điểm tồn tại

BÁNH XE

BÁNH XE

H2.11: Sơ đồ phương án thiết kế

Nguyên lý hoạt động của phương án đã chọn trên :

 Chế độ chỉ động cơ đốt trong làm việc :

Ly hợp đóng Động cơ điện không hoạt động, chỉ có động cơ đốt trong truyền lực tới bánh xe chủ động

 Chế độ chỉ động cơ điện làm việc :

Ly hợp mở, động cơ đốt trong tắt, chỉ có động cơ điện truyền năng lượng tới bánh xe chủ động

 Chế độ hybrid :

Ly hợp đóng Ở chế độ này cả động cơ đốt trong và động cơ điện truyền năng lượng tới bánh xe chủ động

 Chế độ phanh tái sinh :

Động cơ đốt trong tắt, ly hợp mở Trong quá trình phanh mô tơ nhận mômen

âm , mô tơ đóng vai trò như máy phát sạc điện cho ắc quy

 Chế độ động cơ đốt trong nạp điện cho ắc quy :

Ở chế độ này, động cơ đốt trong vừa truyền công suất kéo tới bánh xe chủđộng vừa truyền một phần năng lượng dư qua mô tơ, mô tơ nhận năng lượng từđộng cơ và chuyển nó tới ắc quy

5 Điều khiển sự kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện :

5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển :

Hệ thống điều khiển của hệ thống truyền lực được thể hiện trên hình vẽ :

Bộ điều khiển của xe (VCU) nhận yêu cầu lực kéo và mômen phanh từ người lái, vàcác thông tin chấp hành cần thiết khác như : trạng thái nạp ắc quy và vận tốc xe Dựa vào thông tin theo thời gian, bộ điều khiển của xe tiếp nhận và điều khiển logiccác tín hiệu nhận được, tín hiệu điều khiển được sinh ra từ bộ điều khiển của xe tớiđiều khiển động cơ đốt trong, mô tơ/ máy phát, cơ cấu phanh thông qua cơ cấu chấphành tại bướm ga ,bộ điều khiển mô tơ/ máy phát và bộ điều khiển phanh Các cơcấu chấp hành thực hiện các lệnh điều khiển và truyền lực điều khiển đến bánh xe

5.2.Các phương pháp điều khiển :

5.2.1.Điều khiển theo trạng thái nạp lớn nhất của ắc quy :

Khi xe vận hành theo kiểu đi-dừng, ắc quy phải phân phối năng lượng tới hệthống truyền lực thường xuyên Vì vậy, ắc quy có xu hướng phóng điện nhanh.Trong trường hợp này, để duy trì trạng thái nạp lớn trong ắc quy cần đảm bảo rằng

ắc quy có khả năng cung cấp đủ công suất tới hệ thống truyền lực để hỗ trợ trạngthái gia tốc thường xuyên của xe Nguyên tắc cơ bản trong phương pháp điều khiểnnày là sử dụng động cơ đốt trong như là nguồn công suất chính nhiều nhất có thể vàsạc ắc quy bất cứ khi nào động cơ đốt trong vượt quá công suất cần thiết để kéo xe

và ắc quy chưa được nạp đầy

Mục đích chủ yếu của phương pháp điều khiển này là sử dụng động cơ đốttrong như là nguồn động lực chính của xe, không có chế độ chỉ có mô tơ điện kéo

xe, khi tốc độ xe cao hơn một giá trị xác định Phương pháp điều khiển này giảmđến mức tối đa phần năng lượng động cơ truyền qua mô tơ điện và ắc quy Việc này

có thể làm giảm năng lượng tổn hao trong hệ thống truyền lực Tuy nhiên, khi ắcquy đã được nạp đầy và tải của xe nhỏ, vị trí bướm ga được điều chỉnh nhỏ lại đểphù hợp với công suất tải nhỏ Trong trường hợp này , động cơ đốt trong sẽ có hiệusuất làm việc thấp

5.2.2 Điều khiển theo chế độ tự động bật tắt động cơ :

Khi xe vận hành ở trạng thái mà công suất tải nhỏ hơn công suất mà động cơđốt trong sinh ra trong vùng làm việc tối ưu của động cơ, và ắc quy đã được nạpđầy, phương pháp điều khiển theo trạng thái nạp lớn nhất của ắc quy sẽ điều khiểnđộng cơ làm việc ngoài vùng vận hành tối ưu của nó Vì vậy, hiệu suất chung của

xe sẽ bị giảm Trong trạng thái này, phương pháp điều khiển tự động bật – tắt động

cơ được sử dụng Với phương pháp này, chế độ vận hành của động cơ được điềukhiển bởi trạng thái nạp của ắc quy:

Hình 2.12 Minh họa về điều khiển bật – tắt động cơ

Trong quá trình động cơ đốt trong hoạt động, tín hiệu điều khiển là phươngpháp chế độ nạp lớn nhất của ắc quy, với động cơ đốt trong luôn vận hành trênđường tối ưu Khi chế độ nạp của ắc quy đạt tới đường giới hạn trên, động cơ tắt và

xe chỉ được kéo bởi mô tơ điện Khi chế độ nạp của ắc quy chạm đường giới hạndưới, động cơ bật và phương pháp điều khiển trở lại thành chế độ nạp lớn nhất của

ắc quy

Có thể thấy rằng phương pháp điều khiển này sử dụng mô tơ điện như lànguồn công suất chính Động cơ đốt trong có thể vận hành trong vùng tối ưu hoặckhông làm việc Nên hiệu suất làm việc trung bình của động cơ được tối ưu hóa.Tuy nhiên, đối lập với phương pháp chế độ nạp lớn nhất của ắc quy, công suất củađộng cơ đốt trong đi qua mô tơ điện và ắc quy cũng tăng lên tối đa, điều này có thểgây ra tổn hao năng lượng lớn trong chuyển đổi năng lượng

Với phương pháp điều khiển này, mô tơ điện phải có đủ công suất để đápứng công suất tải lớn nhất của xe trong trường hợp động cơ không làm việc

5.3 Điều khiển bộ kết nối mômen:

Trong hệ thống truyền lực Hybrid song song , hai nguồn động lực được kếthợp với nhau thông qua bộ kết nối mômen Bộ kết nối mômen điển hình là thiết bịgồm các cặp bánh răng có trục cố định ăn khớp với nhau

Quan hệ tốc độ đầu vào và đầu ra:

với Z 1 ,Z 2 ,Z 3 ,Z 4 : số răng của các bánh răng

i g1 = ; i g2 =

Quan hệ mômen giữa đầu vào và đầu ra là :

T out = T in1 i g1 + T in2 i g2

η1 , η2 : hiệu suất từ trục vào tới trục ra tương ứng

: chỉ số = +1 khi Tin1 , Tin2 là dương ( kéo )

= -1 khi Tin1 , Tin2 là âm ( tái sinh )

Biểu thức trên cho thấy đối với mômen đầu ra xác định , mômen của một đầu vàođược điều chỉnh bởi đầu vào còn lại Ví dụ, trong hệ thống truyền lực hybrid, khiđộng cơ đốt trong được kết nối với trục vào 1, mô tơ điện nối với trục vào 2 , vàbánh xe nối với trục ra, mômen của mô tơ điện có thể được sử dụng để điều chỉnhmômen động cơ để đáp ứng mômen yêu cầu ở bánh xe Vì vậy, động cơ đốt trong

có thể luôn được vận hành ở vùng tối ưu Hầu hết các hệ thống truyền lực hybridsong song ( sử dụng bộ kết nối mômen) đều sử dụng phương thức này

5.4 Điều khiển điểm làm việc tối ưu của động cơ đốt trong :

ưu của nó bằng cách điều khiển tức thời và đồng thời cả vị trí bướm ga và mômen

mô tơ/ máy phát

Chương 3 Tính toán sức kéo cho xe hybrid

1 Những thông số ban đầu và phương pháp tính chọn :

Loại xe :Toyota Prius

- Động cơ :Động cơ xăng 1.8 (l)

+ công suất : 73 (kW) tại 5200 (v/ph)

ững thông số chọn và tính chọn

* Phân bố tải trọng động của ôtô ra các cầu khi đầy tải :

Đối với ôtô con ta chọn hệ số phân bố tải trọng : G1=G2=0.5G=8665(N)

* Hệ số cản khí động học K, nhân tố cản khí động học W và diện tích cản chính diện F:

Nhân tố cản khí động học : W = K.F

Hệ số cản khí động học K được tra theo bảng I-4[I], ta chọn K =0,35(Ns2/m4)

Diện tích cản chính diện : F= m.B.H

Trong đó: B - chiều rộng cơ sở của ô tô

H - chiều cao toàn bộ ô tô

m – hệ số điền đầy, chọn m = 0,9.

Do ó: đ

F = 0,9.1,5.1,5 = 2,3625 (m2)

W = K.F = 0,35.2,3625 = 0,83

* Hiệu suất truyền lực của HTTL được chọn theo ô tô, đối với ô tô con và tải nhẹ

3 Các trạng thái điều khiển của xe:

 Chế độ một mình mô tơ kéo xe : khi tốc độ xe thấp hơn 1 giá trị định sẵn(35km/h),được gọi là đường thấp nhất của tốc độ xe mà tại đó động cơ không hoạtđộng ổn định, hoặc tiêu thụ nhiều nhiên liệu, hoặc phát thải cao, chỉ có động cơ điệnkéo xe Trong khi đó động cơ tắt hoặc ly hợp mở Năng lượng của các bộ phận nhưsau :

Pe = 0

Pm = PL

PPPS-d =

m m

P

η

Trong đó : Pe công suất ra của động cơ

PL công suất kéo được lái xe điều khiển thông qua bàn đạp ga

Pm công suất ra của động cơ điện PPPS-d năng lượng được ắc quy phát ra

ηm hiệu suất mô tơ.

 Chế độ hybrid : khi công suất kéo được lái xe điều khiển, PL lớn hơn năng lượng màđộng cơ có thể sinh ra, cả hai động cơ và mô tơ điện phải cung cấp năng lượng tớibánh xe chủ động cùng lúc Trong trường hợp này, hoạt động của động cơ nằm trênđường tối ưu của nó bằng cách kiểm soát bướm ga của động cơ để sinh ra công suất

Pe Nguồn công suất còn lại được cung cấp bởi động cơ điện Các năng lượng đượctính như sau :

Pm = PL - Pe

PPPS-d =

m m

P

η

 Chế độ nạp ắc quy : khi công suất kéo được lái xe điều khiển, PL thấp hơn năng màđộng cơ có thể sinh ra khi hoạt động trên đường tối ưu của nó và ắc quy chưa đượcsạc đầy Động cơ hoạt động trên đường tối ưu sinh ra công suất Pe Trong trườnghợp này, mô tơ điện được điều khiển để hoạt động ở chế độ máy phát, chạy bằngphần năng lượng còn lại của động cơ Năng lượng các bộ phận như sau :

Pm = (Pe - PL) ηt,e,mPPPS-c = PmηmVới ηt,e,m hiệu suất truyền từ động cơ đến mô tơ.

 Chế độ một mình động cơ đẩy xe : khi công suất kéo được lái xe điều khiển, PL thấphơn năng mà động cơ có thể sinh ra khi hoạt động trên đường tối ưu của nó và ắcquy đã được sạc đầy Trong trường hợp này, hệ thống điện tắt và động cơ hoạt động

để cấp năng lượng đáp ứng nhu cầu tải Các năng lượng như sau :

Pe = PL

Pm = 0PPPS = 0

4 Tính toán sức kéo của xe:

4.1 Tính tỉ số truyền của cầu chủ động:

Tỉ số truyền hộp số ứng với vmax: iht = 1

Xe không có hộp số phụ : ipc = 1

Do cấu trúc của hệ thống truyền động có động cơ đốt trong qua hộp số tớihộp kết nối mômen, đường truyền lực còn lại là động cơ điện truyền trực tiếp qua

bộ kết nối mômen tới bánh xe

Biểu thức liên hệ tốc độ giữa trục vào và trục ra của bộ kết nối mômen :

=

Mà bộ kết nối mômen có hằng số k1 = k2 =1 (theo như ta chọn ), vì vậy để động cơđiện và động cơ đốt trong có thể kết hợp với nhau và cùng sinh công suất kéo thì tốc

độ quay của động cơ điện và động cơ đốt trong tại vmax phải bằng nhau

Ta chọn số vòng quay của động cơ đốt trong và động cơ điện tại vị trí xe đạt

vận tốc cực đại v max = 130 (km/h) là n emax = n mmax = 6000 (v/p)

4.2 Tính chọn động cơ đốt trong và động cơ điện :

Theo yêu cầu sử dụng vận hành của xe, động cơ điện sử dụng khi khởi hành

xe và ở tốc độ thấp, động cơ đốt trong sử dụng ở vận tốc trung bình, hai động cơ sửdụng khi cần tăng tốc tối đa hay vượt dốc

Việc tính chọn động cơ đốt trong và động cơ điện phải thõa mãn điều kiện làđặc tính của chúng có thể kết hợp được với nhau trong mọi chế độ làm việc của hệthống truyền lực Các bước tính chọn như sau :

4.2.1.Xác định công suất cần thiết của xe ( công suất tại v max ) do đồng thời động

cơ điện và động cơ đốt trong cùng sinh ra :

Khối lượng toàn bộ của xe (theo tham khảo xe Prius) : G = 17330 N.

Công suất động cơ cần thiết theo điều kiện cản chuyển động :

N v =Trong đó :

N V : công suất của động cơ cần thiết để xe khắc phục sức cản chuyển động đạtvận tốc lớn nhất trên đường tốt

G : trọng lượng toàn bộ của xe.

f : hệ số cản lăn của đường.

v max : tốc độ chuyển động lớn nhất của xe.

K : hệ số cản khí động học của xe.

F : diện tích cản chính diện của xe.

ηt : hiệu suất của hệ thống truyền lực

Ta có : G = 17330 (N); f = 0,02; v max = 130 km/h;

)/(

N vmax là công suất tổng hợp của động cơ đốt trong và động cơ nhiệt tại v max

4.2.2 Xác định công suất cần thiết của động cơ điện :

Động cơ điện được vận hành khi xe khởi động, đi với tốc độ thấp ( v < 35 km/h)

và hỗ trợ cho động cơ đốt trong kéo xe khi xe đạt vận tốc cao

Công suất động cơ điện cần thiết để khắc phục sức cản và chạy xe đến 35 km/h

= 9,72 m/s là :

N mt 5 kW

Nhằm tối ưu cho việc lựa chọn công suất của động cơ đốt trong, công suất động

cơ điện chiếm khoảng 1525 công suất yêu cầu của xe (N vmax) theo số liệu xe thamkhảo nên ta chọn = 20 60 = 12 (kW)

* Xây dựng nên được đường đặc tính của động cơ điện như sau :

Mm

Nm

0 5 10 15 20

0 10 20 30 40 50 60 70

Góc dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua khi chỉ dùng động cơ điện là:

G.ψ = ⇔ G ( f + tg ) =

⇔ 17330 ( 0,02 + tg ) = ⇒ = 2,30

Nhận xét : do hộp số không đặt sau động cơ điện, nên khả năng khắc phục lực cản

lớn nhất của động cơ điện là nhỏ Do vậy,trong chương trình điều khiển động cơ

điện chỉ làm việc khi xe khởi hành trên đường bằng và có thể hoạt động để khắcphục góc dốc nhỏ

Chọn động cơ xăng 4 kì, không hạn chế số vòng quay

Xây dựng đường đặc tính ngoài lí tưởng của động cơ:

Điểm có tọa độ ứng với vận tốc cực đại của ô tô :

nN là số vòng quay ứng với Nemax : nN = 5455(v/ph)

Số vòng quay của động cơ ứng với Vmax:

n V = 1,1.n N = 1,1.5455 = 6000 (v/ph)

Điểm có có số vòng quay chạy không tải của động cơ chọn n= 1000(v/ph).

N emax của động cơ được tính theo công suất thực nghiệm Leidecman, ta có :

) (

3 2

max

n

n c n

n b n

n a

N N

N

V N

V N

V

V e