Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ thiết bị tối ưu nguồn năng lượng ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT HEVs Ô tô hybrid Hybrid Electric Vehicle EM Động cơ điện Electric Motor ICE Động cơ đốt trong Internal Combustion Engine CVT Cơ cấu truyền động biến

NGUYỄN BẢO QUỐC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

BỘ THIẾT BỊ TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG

Ô TÔ HYBRID KIỂU HỖN HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Khánh Hòa - 2014

NGUYỄN BẢO QUỐC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

BỘ THIẾT BỊ TỐI ƯU NGUỒN NĂNG LƯỢNG Ô

TÔ HYBRID KIỂU HỖN HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LỜI CAM ĐOAN

Đối với công trình nghiên cứu “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ thiết bị tối

ưu nguồn năng lượng ô tô hybrid kiểu hỗn hợp” này, tôi xin cam đoan đây là công

trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung triển khai, số liệu đo đạc nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào

Tác giả

Nguyễn Bảo Quốc

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi trân trọng kính gửi đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Sau đại học, Khoa Kỹ thuật Giao thông và Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang sự kính trọng và lòng tri ân vì đã luôn hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong hơn 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường vừa qua

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin được gửi đến NGND - PGS.TS Quách Đình Liên - Hiệu trưởng Trường Đại học Thái Bình Dương (Nguyên Hiệu trưởng Trường Đại học Thủy sản Nha Trang) đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành các nội dung của luận văn

Tôi cũng xin trân trọng cám ơn PGS.TS Trần Gia Thái – Trưởng khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Nha Trang cùng các Thành viên Hội đồng đánh giá đã cho tôi những lời khuyên quí báu để công trình nghiên cứu được hoàn thành có chất lượng

Và sau hết, tôi xin được ghi nhớ tình cảm, sự hỗ trợ giúp đỡ của Lãnh đạo Sở Khoa học và Công nghệ Khánh Hòa – Tổ chức nơi tôi đang công tác, cùng Quí Thầy/Cô giáo trong Khoa Sau đại học, Khoa Kỹ thuật Giao thông và Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang, gia đình và bạn bè thân thiết đã luôn đồng hành, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành quá trình học tập tại ngôi trường thân yêu này

Xin trân trọng cám ơn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ẢNH ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ HYBRID 6

1.1.TỔNGQUANVỀTÌNHHÌNHNGHIÊNCỨU 6

1.1.1 Khái quát chung về hệ động lực ô tô hybrid 6

1.1.2 Xu hướng phát triển của ô tô hybrid 7

1.1.3 Khái quát tình hình nghiên cứu trong nước 8

1.2.PHÂNLOẠIHỆĐỘNGLỰCÔTÔHYBRID 11

1.2.1 Hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp 11

1.2.2 Hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu song song 12

1.2.3 Hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 13

1.3.CÁC THÀNHPHẦN CHÍNHCỦA HỆĐỘNG LỰCHYBRID KIỂUHỖN HỢP 14

1.3.1 Mô hình tổng quát hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 14

1.3.2 CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN CỦA HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ HYBRID KIỂU HỖN HỢP 15

1.3.2.1 Động cơ đốt trong 15

1.3.2.2 Hộp số và bộ phân phối công suất (Hybrid Transaxle) 15

1.3.2.3 Mô tơ điện và máy phát 16

1.3.2.4 Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter) 17

1.3.2.5 Accu điện áp cao (HV Battery - High Volt Battery) 18

1.3.2.6 Cáp nguồn 18

1.3.2.7 Accu phụ 19

1.3.3 Hệ thống điều khiển nguồn động lực ô tô hybrid 19

Chương 2 TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO MÔ HÌNH Ô TÔ HYBRID HAI CHỖ KIỂU HỖN HỢP 23

2.2.TÍNHCHỌNCHẾĐỘLÀMVIỆCPHÙHỢP(TỐIƯU)CHOMÔHÌNH 27

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 27

2.2.2 Các chế độ làm việc của ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 28

2.2.2.1 Chế độ dừng 28

2.2.2.2 Chế độ khởi động .29

2.2.2.3 Chế độ tăng tốc nhẹ 29

2.2.2.4 Chế độ làm việc ổn định ở tốc độ thấp 30

2.2.2.5 Chế độ tăng tốc hoàn toàn và làm việc toàn tải .30

2.2.2.6 Chế độ tốc độ cao ổn định 31

2.2.2.7 Chế độ tốc độ cực đại 31

2.2.2.8 Chế độ giảm tốc và phanh 32

2.2.2.9 Chế độ chạy lùi 33

2.2.3 Lựa chọn chế độ làm việc tối ưu cho mô hình của đề tài 33

2.3 TÍNH CHỌN NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO MO HINH O TO HYBRID 2 CHỖ NGỒI KIỂU HỖN HỢP 35

2.3.1 Tính chọn động cơ điện 35

2.3.2 Tính chọn động cơ nhiệt 38

2.3.3 Tính chọn nguồn dự trữ accu 40

2.3.4 Tính chọn máy phát điện 41

Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO MÔ HÌNH Ô TÔ HYBRID 2 CHỖ KIỂU HỖN HỢP 42

3.1.CƠSỞLÝTHUYẾTXÂYDỰNGHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂNĐIỆNTỬ 42

3.2.PHƯƠNGÁNVÀYÊUCẦUCỦAHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂNĐIỆNTỬ 43

3.3.SƠĐỒKHỐIHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂNVÀCHỨCNĂNGLÀMVIỆCCỦA CÁCKHỐITHÀNHPHẦN 45

3.3.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển điện tử 45

3.3.2 Khối đo thông số đầu vào 45

3.3.2.1 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 45

3.3.2.2 Cần gạt lựa chọn chế độ 46

3.3.2.3 Cảm biến tốc độ 46

3.3.2.4 Vị trí bàn đạp phanh 46

3.3.3 Bộ xử lí trung tâm – ECU 46

3.3.4 Khối đầu ra 47

3.3.4.1 Mạch điều khiển động cơ nhiệt 47

3.3.4.2 Mạch điều khiển động cơ điện 48

3.3.4.3 Mạch điều khiển nạp accu 48

3.3.4.4 Điều khiển cuộn dây điện từ 48

3.3.4.5 Màn hình hiển thị LCD 48

3.4.LỰACHỌNTHIẾTBỊ 48

3.4.1 Cảm biến bàn đạp ga 48

3.4.2 Cần gạt lựa chọn chế độ làm việc 50

3.4.3 Cảm biến tốc độ 50

3.4.4 Cảm biến bàn đạp phanh 52

3.4.5 Bộ xử lý trung tâm ECU 53

3.4.6 Cơ cấu chấp hành điều khiển bướm ga động cơ nhiệt 56

3.5.THIẾTKẾ,CHẾTẠOMẠCHĐIỀUKHIỂN 59

3.5.1 Mạch điều khiển động cơ nhiệt 59

3.5.2 Mạch điều khiển động cơ điện 61

3.5.3 Mạch điều khiển các rơ le và cuộn dây điện từ khóa máy phát 65

3.5.4 Mạch nạp accu 66

3.5.5 Mạch điều khiển trung tâm 67

3.6.LẬPCHƯƠNGTRÌNHĐIỀUKHIỂN 69

Chương 4 LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM BỘ THIẾT BỊ TỐI ƯU NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN MÔ HÌNH Ô TÔ HYBRID HAI CHỖ NGỒI KIỂU HỖN HỢP 74

4.1.LẮPRÁP,HOÀNTHIỆNHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂNTRÊNMÔHÌNH 74

4.2.HƯỚNGDẪNSỬDỤNGHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂN 76

4.3.THỬNGHIỆMMÔHÌNH 78

4.3.1 Công tác chuẩn bị 78

4.3.2 Thử nghiệm mô hình 79

4.3.3 Đánh giá chung 80

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

5.1.NHỮNGKẾTQUẢĐẠTĐƯỢCVÀHẠNCHẾ 81

5.1.1 Kết quả đạt được 81

5.1.2 Những hạn chế 81

5.2.CÁCKIẾNNGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PHỤ LỤC 85

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

HEVs Ô tô hybrid (Hybrid Electric Vehicle)

EM Động cơ điện (Electric Motor)

ICE Động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine)

CVT Cơ cấu truyền động biến đổi liên tục (Continuously Variable Transmission) THS Hệ động lực hybrid của ô tô TOYOTA Prius (TOYOTA Hybrid System) MG1 Máy phát – Mô tơ điện liên hợp trong THS

MG2 Mô tơ - Máy phát điện liên hợp trong THS

PSD Bộ phân phối công suất (Power Split Device)

rpm Số vòng quay của trục trong 1 phút

HP Đơn vị đo công suất tính bằng mã lực

AC Kí hiệu dòng điện xoay chiều

DC Kí hiệu dòng điện một chiều

ECU Khối điều khiển điện tử (Electronic Control Unit)

BLDC Động cơ điện 1 chiều không chổi than (Brushless DC motor)

ADC Bộ chuyển đổi tín hiệu điện từ dạng liên tục (tương tự) về dạng số

EFROM Chip nhớ để lưu trữ dữ liệu có thay đổi nội dung được khi cần thiết

RAM Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (Random Access Memory)

ROM Bộ nhớ chỉ đọc (Read-Only Memory)

IC Vi mạch tích hợp (Integrated Circuit)

LCD Màn hình tinh thể lỏng

PWM Kỹ thuật điều biến độ rộng xung dùng trong điều khiển các động cơ điện LPG Gas hóa lỏng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 Bảng mô tả trạng thái hoạt động các chế độ điều khiển của mô hình 77Bảng 4.2 Kết quả thử nghiệm mô hình khi vận hành trên đường bằng 79Bảng 4.3 Kết quả thử nghiệm mô hình khi vận hành trên đường có góc nghiêng <180 79

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ẢNH

Hình 1.1 Hệ động lực điển hình ô tô hybrid với động cơ xăng và động cơ điện .6

Hình 1.2 Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô 7

Hình 1.3 Mô hình ô tô hybrid Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh .9

Hình 1.4 Mô hình mô tô hybrid điện – nhiệt (LPG) của ĐH Bách khoa Đà Nẵng .10

Hình 1.5 Mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi của Trường Đại học Nha Trang 10

Hình 1.6 Sơ đồ dòng năng lượng hệ động lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp .11

Hình 1.7 Sơ đồ dòng năng lượng hệ động lực ô tô hybrid kiểu song song .12

Hình 1.8 Sơ đồ dòng năng lượng hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 13

Hình 1.9 Mô hình tổng quát của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 14

Hình 1.10 Động cơ đốt trong kết hợp hộp số của ô tô hybrid TOYOTA Prius 15

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bộ phân phối công suất – PSD 16

Hình 1.12 Bộ chuyển đổi điện và sơ đồ nguyên lý hoạt động 17

Hình 1.13 Accu điện áp cao bố trí trên hệ động lực ô tô hybrid 18

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao trên hệ động lực ô tô hybrid 18

Hình 1.15 Bố trí accu phụ trên ô tô hybrid 19

Hình 1.16 Sơ đồ mạch hệ điều khiển nguồn động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp .19

Hình 2.1 Kết cấu tổng thể của ô tô hybrid 2 chỗ ngồi 24

Hình 2.2 Mô hình tính lực và mô men cho ô tô hybrid 2 chỗ ngồi 24

Hình 2.3 Đề xuất sơ đồ cấu tạo hệ thống động lực ô tô hybrid hỗn hợp cỡ nhỏ bởi Ron Hodkinson 27

Hình 2.4 Chế độ khởi động của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 29

Hình 2.5 Chế độ tăng tốc nhẹ của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp .29

Hình 2.6 Chế độ ổn định ở tốc độ thấp của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp .30

Hình 2.7 Chế độ tăng tốc và toàn tài của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp .31

Hình 2.8 Chế độ tốc độ cao ổn định của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 31

Hình 2.9 Chế độ tốc độ cực đại của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 32

Hình 2.10 Chế độ giảm tốc và phanh của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp 32

Hình 2.11 Chế độ chạy lùi của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp .33

Hình 2.12 Sơ đồ nguồn động lực áp dụng cho mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi 34

Hình 2.13 Chế độ làm việc đề xuất của hệ động lực mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi 35

Hình 2.14 So sánh hiệu suất của động cơ DC có chổi than và không chổi than 36

Hình 2.15 Đặc tính công suất – mô men động cơ dùng cho ô tô điện 37

Hình 2.16 Nguyên lý điều khiển động cơ BLDC .37

Hình 2.17 Hình dáng bên ngoài của động cơ điện được chọn 1

Hình 2.18 Đặc tính công suất – tốc độ của động cơ HONDA 110CC 39

Hình 2.19 Đặc tính mô men – tốc độ của động cơ HONDA 110CC 39

Hình 2.20 Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu – tốc độ của động cơ HONDA 110CC 40

Hình 2.21 Hình dáng bên ngoài của máy phát được chọn 1

Hình 3.1 Sơ đồ điều khiển theo nguyên lý so sánh độ lệch 42

Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển theo nguyên lý nhiễu loạn 43

Hình 3.3 Sơ đồ điều khiển theo nguyên lý kết hợp 43

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối các thiết bị và hệ thống điều khiển nguồn động lực của mô hình 44

Hình 3.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử nguồn động lực của mô hình 45

Hình 3.6 Cấu tạo module chân ga điện tử 49

Hình 3.7 Công tắc chọn 3 vị trí và cách đấu dây 50

Hình 3.8 Cảm biến tốc độ 51

Hình 3.9 Công tắc ánh sáng phản chiếu 51

Hình 3.10 Các cách nối dây cơ bản 52

Hình 3.11 Công tắc bàn đạp phanh và cách đấu dây 52

Hình 3.12 Sơ đồ chân và đóng gói của vi điều khiển Atmega16 54

Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc của vi điều khiển Atmega16 .54

Hình 3.14 Hình dáng bên ngoài của động cơ servo 57

Hình 3.15 Liên kết giữa động cơ servo và động cơ đốt trong 57

Hình 3.16 Cấu tạo bên trong của động cơ servo 57

Hình 3.17 Nguyên lí làm việc của vôn kế 58

Hình 1.18 Góc quay của động cơ servo 59

Hình 3.19 Sơ đồ nối dây mạch điều khiển động cơ nhiệt 60

Hình 3.20 Mạch in mạch điều khiển động cơ nhiệt 60

Hình 3.21 Giản đồ so sánh dạng sóng sin ba pha và DC ba pha 61

Hình 3.22 Sơ đồ khóa và quá trình đóng cắt điều khiển động cơ BLDC 62

Hình 3.23 Tín hiệu cảm biến Hall và dòng điện tương ứng các pha 62

Hình 3.24 Chỉ dẫn đấu dây của mạch điều khiển động cơ không chổi than 64

Hình 3.25 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển rơle 66

Hình 3.26 Board mạch in mạch điều khiển rơle 66

Hình 3.27 Sơ đồ đấu dây mạch nạp accu 67

Hình 3.28 Sơ đồ đấu dây mạch xử lí trung tâm 68

Hình 3.29 Board mạch in mạch xử lí trung tâm 68

Hình 3.30 Lưu đồ thuật toán mạch điều khiển trung tâm 69

Hình 3.31 Lưu đồ thuật toán mạch xử lý trung tâm 70

Hình 3.32 Lưu đồ thuật toán mạch điều khiển động cơ xăng 71

Hình 3.33 Lưu đồ thuật toán mạch điều khiển động cơ xăng 72

Hình 3.34 Lưu đồ thuật toán mạch điều khiển sạc accu 73

Hình 4.1 Tổng thể mô hình sau khi hoàn thiện 74

Hình 4.2 Vị trí lắp đặt hệ thống điều khiển và các thiết bị động lực trên mô hình 74

Hình 4.3 Bố trí lắp đặt các thiết bị điều khiển động cơ xăng 75

Hình 4.4 Bố trí lắp đặt cảm biến tốc độ động cơ 75

Hình 4.5 Board mạch điều khiển trung tâm .76

Hình 4.6 Bố trí board mạch công suất của mạch nạp accu 76

Trước tình hình giá nhiên liệu ngày càng tăng, áp lực ngày càng lớn của vấn đề

ô nhiễm môi trường, nhu cầu về xu hướng phát triển công nghệ, , ô tô hybrid đã trở thành một trong những hướng phát triển chủ đạo của ngành công nghiệp ô tô được nhiều nước quan tâm TOYOTA và HONDA được xem là những hãng chế tạo ô tô tiên phong và thành công nhất trong lĩnh vực ô tô hybrid Dòng ô tô hybrid hiện đại đầu tiên có tên TOYOTA Prius xuất hiện trên thị trường Nhật Bản vào năm 1997 và sau đó là HONDA Insight vào năm 1999 Đến tháng 2/2012 đã có 2,5 triệu ô tô du lịch hybrid nhãn hiệu TOYOTA Prius được bán ra trên toàn thế giới Hầu hết các hãng chế tạo ô tô hàng đầu đều đã cho ra đời các phiên bản ô tô hybrid của mình và ô tô hybrid

đã được khẳng định là một phần cốt lõi của thị trường ô tô trong tương lai Hiện nay, trên thị trường ô tô Việt Nam đã xuất hiện nhiều mẫu ô tô hybrid như: HONDA Accord, HONDA Civic, HONDA Insight, LEXUS GS 450h, TOYOTA Camry, HYUNDAI Accent (2009), NISSAN Altima, CHEVROLET Tahoe (2007), DOGDE Durango (2007), GMC Yukon (2007)…

Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô hybrid đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì tại Việt Nam, cho đến nay chưa có công ty nào thông báo kế hoạch sẽ chế tạo hoặc lắp ráp ô tô hybrid Với mục đích phục vụ đào tạo, một số mô hình ô tô hybrid

đã được chế tạo bởi các nhà khoa học và sinh viên tại một số cơ sở đào tạo như: Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đại học Bách Khoa TP HCM, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thủ Đức, Đại học Nha Trang, v.v Hầu hết các sản phẩm mô hình này thuộc loại ô

tô hybrid bậc thấp với kiểu nối tiếp hoặc song song, quá trình thiết kế và chế tạo còn mang nặng tính "độ chế", kết quả thử nghiệm chưa đủ độ tin cậy và thuyết phục về phương diện khoa học

Năm 2012, nằm trong chương trình đào tạo trình độ thạc sỹ chuyên ngành về Kỹ thuật cơ khí động lực của Trường Đại học Nha Trang, học viên Nguyễn Văn Định đã thực

hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi phục vụ đào

tạo tại trường Đại học Nha Trang” Sản phẩm khoa học của đề tài này là mô hình ô tô

hybrid loại 2 chỗ ngồi với hệ thống truyền lực vận hành theo nguyên lý song song nếu như được lắp thêm bộ li hợp để cắt nguồn động lực cho động cơ đốt trong với hệ thống truyền lực khi cần thiết Qua khảo sát thực tế cho thấy, mô hình này vẫn còn một số nhược điểm như động cơ đốt trong làm việc liên tục gây lãng phí nhiên liệu và năng lượng, cơ cấu điều khiển điện tử phối hợp giữa các bộ phận truyền động chưa thực sự tối ưu, …

Hiện nay, hệ động lực hybrid kiểu hỗn hợp được xem là phương án tối ưu nhất xét từ góc độ tính năng kỹ thuật của ô tô và mức độ ô nhiễm môi trường Hạn chế của phương án này là hệ thống truyền lực có cấu trúc và cơ chế điều khiển phức tạp hơn rất nhiều so với kiểu nối tiếp và song song Cho đến nay, các giải thuật và công nghệ điều khiển tối ưu các nguồn năng lượng của ô tô hybrid kiểu hỗn hợp vẫn còn là bí mật của các hãng chế tạo

Nhằm mục đích tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu về ô tô hybrid của các nhà khoa học và sinh viên tại Trường Đại học Nha Trang thời gian qua, tôi đã lựa chọn đề tài:

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ thiết bị tối ưu nguồn năng lượng ô tô hybrid kiểu hỗn hợp” để thực hiện công trình nghiên cứu tốt nghiệp chương trình đào tạo thạc sĩ

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu nguyên lý điều khiển điện tử của các nguồn động lực sử dụng trên

ô tô hybrid kiểu hỗn hợp hiện nay Từ đó lựa chọn phương án phù hợp để điều khiển các thiết bị của hệ thống động lực mô hình

- Chế tạo, lắp đặt hệ thống điều khiển điện tử để kết nối các thiết bị động lực của mô hình, đảm bảo chế độ làm việc của các thiết bị trong hệ thống đạt hiệu suất cao nhất, đảm bảo tính kinh tế và mức phát thải là thấp nhất

3 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống điều khiển các thiết bị động lực trang bị trên mô hình ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

4 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo, nguyên lý của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp để lựa chọn phương án điều khiển phù hợp áp dụng cho mô hình ô tô hybrid 2 chỗ

ngồi có sẵn, đảm bảo sự phối hợp nhịp nhàng và tính năng công tác của các thiết bị của hệ thống động lực trên cơ sở đảm bảo hiệu quả sử dụng nhiên liệu, hiệu suất thiết

bị và yếu tố môi trường

- Nghiên cứu tính năng điều khiển của ô tô hybrid kiểu hỗn hợp (khả năng sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng để duy trì hoạt động) để thiết kế, xây dựng thuật toán

và chế tạo bộ điều khiển các thiết bị động lực trang bị cho mô hình

- Lắp đặt các thiết bị động lực và bộ điều khiển điện tử trên mô hình ô tô hybrid kiểu hỗn hợp Thử nghiệm, đánh giá các chế độ hoạt động của của hệ động lực theo phương án đề xuất

Theo đề cương đề tài được Hội đồng xét duyệt thông qua tháng 11/2013, đề tài này sẽ kế thừa một số sản phẩm từ 2 đề tài đã triển khai trước đây, gồm đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình ô tô hybrid hai chỗ ngồi phục vụ đào tạo kỹ sư ngành Cơ điện tử và Kỹ thuật ô tô” của học viên Nguyễn Văn Định năm 2008 (kế thừa phần khung gầm, hệ thống lái, phanh, …) và đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm bộ phân phối công suất trang bị trên mô hình xe hybrid kiểu hỗn hợp” của học viên Nguyễn Trí Thành năm 2012 (kế thừa bộ phân chia công suất – PSD) Trong phạm vi đề tài này, học viên sẽ tính toán, lựa chọn và mua các thiết bị động lực phù hợp sẵn có trên thị trường để triển khai lắp đặt trên mô hình (gồm động cơ nhiệt, động

cơ điện, máy phát điện, accu, …); trọng tâm của đề tài là phần nghiên cứu thiết kế, xây dựng thuật toán và chế tạo bộ điều khiển để kết nối các thiết bị động lực của mô hình

để đảm bảo mô hình hoạt động theo các chế độ đã lựa chọn Chính vì vậy, phạm vi nghiên cứu của đề tài này là: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển hệ thống động lực trên mô hình ô tô hybrid kiểu hỗn hợp có sẵn tại Trường Đại học Nha Trang

5 Khách thể nghiên cứu

Các nội dung nghiên cứu được triển khai thực hiện trên mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi (sẵn có) tại Trường Đại học Nha Trang và có bổ sung phần thiết bị điều

khiển, các thiết bị động lực do bản thân tự thiết kế, tính chọn và mua trên thị trường

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Công trình tập trung nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ thiết bị sử dụng tối ưu (hợp lý) nguồn năng lượng ô tô hybrid kiểu hỗn hợp lắp đặt trên mô hình thực tế với các cơ sở tính toán đảm bảo tính khoa học, giúp cho các đối tượng nghiên cứu về sau có điều kiện tiếp cận sâu hơn đối với nguyên lý hoạt động của chủng loại ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

7 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng kết hợp giữa phương pháp tính toán lý thuyết và triển khai thực nghiệm Nội dung phương pháp sử dụng được khái quát như sau:

* Phần lý thuyết:

- Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô trên đường để xác định các thông

số tính toán cho hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

- Xây dựng phương án điều khiển hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp với động cơ xăng, máy phát và động cơ điện

- Nghiên cứu, tính chọn các bộ phận của hệ động lực dựa trên các thông số: công suất động cơ đốt trong, động cơ điện, máy phát và các phụ tải khác Căn cứ kết quả tính toán để lựa chọn các thiết bị có sẵn trên thị trường hoặc sản phẩm của những nghiên cứu khác lắp đặt cho hệ động lực cho mô hình ô tô 2 chỗ sẵn có

- Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển điện tử và mạch công suất phù hợp với thiết bị

đã tính toán và điều kiện vận hành theo phương án đã chọn

- Xây dựng sơ đồ bố trí các thiết bị của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp để lắp đặt trên mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi hiện có tại Trường Đại học Nha Trang

* Phần chế tạo:

- Xây dựng lưu đồ và lập trình điều khiển các thiết bị của hệ động lực

- Chế tạo bộ điều khiển điện tử và mạch công suất điều khiển các thiết bị điện

tử theo các phương án phối hợp đã tính toán, lựa chọn

- Lắp đặt bộ điều khiển điện tử và các thiết bị của hệ động lực hybrid kiểu hỗn hợp lên mô hình

8 Bố cục của luận văn

Nội dung chính của luận văn được chia thành 5 chương, cụ thể như sau:

Chương 1 Tổng quan về hệ động lực ô tô hybrid

Chương 2 Tính toán, lựa chọn nguồn động lực cho mô hình ô tô hybrid 2 chỗ

kiểu hỗn hợp

Chương 3 Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển điện tử nguồn động lực cho mô

hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi kiểu hỗn hợp

Chương 4 Lắp ráp và thử nghiệm bộ thiết bị tối ưu nguồn động lực trên mô

hình ô tô hybrid 2 chỗ kiểu hỗn hợp

Chương 5 Kết luận và kiến nghị

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ HYBRID

1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1.1 Khái quát chung về hệ động lực ô tô hybrid

Trong tiếng Anh, từ hybrid có nghĩa là lai / ghép / kết hợp, thuật ngữ hybrid

vehicle được định nghĩa là phương tiện có hệ động lực được cấu thành từ hai hoặc nhiều nguồn động lực khác biệt nhau

Theo định nghĩa như vậy, các loại phương tiện như: xe đạp máy có thể chạy bằng đạp pedal và bằng động cơ (điện hoặc xăng), xuồng có thể chạy bằng động cơ hoặc chèo tay, ô tô có thể chạy bằng cả nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí, xe lửa được trang bị cả động cơ điện và diesel, máy bay được trang bị động cơ điện để di chuyển trên đường băng và động cơ nhiệt để bay, tàu ngầm điện-diesel, v.v đều được xếp vào

đối tượng hybrid vehicle

Loại ô tô hybrid được đầu tư nghiên cứu và phổ biến trên thị trường hiện nay có

hệ động lực gồm một động cơ đốt trong và một hoặc nhiều động cơ điện Bởi vậy, các

thuật ngữ "ô tô hybrid", "xe hybrid", "hybrid car", "hybrid vehicle", "hybrid electric

vehicles - HEVs" thường được hiểu là loại phương tiện có hệ động lực như vậy

Hình 1.1 Hệ động lực điển hình ô tô hybrid với động cơ xăng và động cơ điện [28]

Qua hình 1.1, có thể nhìn nhận ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy năng lượng điện từ một accu cao áp Điểm đặc biệt là accu được nạp điện với cơ chế nạp “thông minh” như tận dụng năng lượng “thừa” khi ô tô thực hiện quá trình phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng Nhờ vậy mà

ô tô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi vận hành bằng động cơ điện, đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng khi cần thiết

1.1.2 Xu hướng phát triển của ô tô hybrid

Sự phát triển về phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe, nhưng đều có

xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ô tô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu Điều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể

HC g/km

0,98 0,71 0,56 0,30

0,025 0,05 0,08

EURO 5

Hình 1.2 Tiêu chuẩn phát thải ô nhiễm của ô tô [6]

Hiện nay các dòng ô tô chạy bằng động cơ Diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác chiếm thị phần chủ yếu trên thị trường gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi Vấn đề ô nhiễm không khí phát thải từ khí thải của ô tô là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng nói trên Đứng trước thực trạng đó, Ủy ban Kinh tế Châu Âu của Liên hợp quốc đã ban hành bộ tiêu chuẩn quy định về phép thử và giới hạn chất gây ô nhiễm có trong khí thải của xe

cơ giới (hình 1.2) tương ứng với mức Euro 1, Euro 2, Euro 3, Euro 4 và Euro 5 Đứng

trước yêu cầu ngày càng khắt khe về tiêu chuẩn khí thải của ô tô, các nhà sản xuất ô tô lớn trên thế giới đã đưa ra nhiều giải pháp về công nghệ để ứng dụng cho các dòng ô

tô khác nhau, tất cả đều hướng đến mục đích chung là giảm thiểu hàm lượng chất thải độc hại và cũng chính từ đó, các dòng ô tô hybrid lần lượt được các nhà sản xuất ô tô lớn trên thế giới cho ra đời với những công nghệ tiến tiến nhất được ứng dụng trên ô

tô, có khả năng đáp ứng được các yêu cầu về tiêu chuẩn phát thải của khí thải ô tô nói trên

Xuất hiện từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước cho đến nay, ô tô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường Có thể nói, công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô tô “sinh thái” Cũng chính vì thế mà ô tô hybrid đang tạo được

sự quan tâm nghiên cứu, chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ô tô trên toàn thế giới

1.1.3 Khái quát tình hình nghiên cứu trong nước

Như đã nói ở trên, mặc dù hiện nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều các mẫu ô

tô hybrid thuộc nhiều hãng xe khác nhau, đi kèm theo đó là các tài liệu hướng dẫn sử dụng và kỹ thuật sửa chữa phục vụ bảo dưỡng Tuy nhiên, xét trên yếu tố công nghệ cả

về mặt chế tạo lẫn nguyên lý điều khiển, tuyệt nhiên không có tài liệu của bất kỳ hãng

ô tô nào mô tả một cách chính xác, đảm bảo tính khoa học về vấn đề này Điều đáng nói là các chế độ, thông số làm việc, đặc tính vận hành, phối hợp công suất của hệ động lực của các dòng ô tô hybrid chỉ thể hiện một cách cảm tính do nhà sản xuất cung cấp mà chưa có bất kỳ một thí nghiệm nào mang tính thực nghiệm để kiểm chứng, xác thực

Trong thời gian qua, hầu hết các viện, trường đại học trong cả nước có chuyên ngành đào tạo về cơ khí ô tô, hàng năm đều xuất hiện những công trình nghiên cứu về

hệ động lực ô tô hybrid với nhiều cấp độ nghiên cứu khác nhau, từ những nghiên cứu

ở cấp độ đơn giản như quy trình sử dụng, vận hành hệ thống (trình độ đại học), xây dựng mô hình đào tạo (trình độ thạc sĩ) cho đến những nghiên cứu ở cấp cao như nghiên cứu giải thuật, nguyên lý điều khiển (trình độ tiến sĩ), …

Điển hình như tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm

2004, học viên cao học Nguyễn Quân đã thực hiện đề tài tốt nghiệp chương trình Thạc

sĩ Kỹ thuật“Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện-nhiệt hai chỗ ngồi” Hệ thống

động lực của mô hình này gồm động cơ điện 3,5 kW chạy bằng nguồn accu 1 chiều và động cơ nhiệt 110cc của xe gắn máy chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG Truyền lực được thực hiện theo phương án lai song song thông qua hộp vi sai Khi chạy ở chế độ tải thấp ô tô chỉ sử dụng động cơ điện Khi cần công suất lớn, cả hai động cơ cùng hoạt động để phối hợp để cung cấp năng lượng cho ô tô Hệ thống động lực được lắp thử nghiệm trên chassi ô tô TOYOTA để chạy thử nghiệm Tốc độ cực đại của ô tô khi chỉ

sử dụng động cơ điện là 46 km/h và khi phối hợp cả nguồn động lực là 72 km/h Với bình LPG chứa 1kg nhiên liệu và 4 bình accu N12V-35AH khi được nạp đầy xe có thể chạy được 160km Hệ thống động lực hybrid điện - LPG cho phép xe gắn máy đạt mức độ phát thải ô nhiễm EURO IV

Hình 1.3 Mô hình ô tô hybrid Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh [29] Hay như tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, dựa trên mẫu mô tô HONDA hybrid scooter, năm 2008 nhóm nghiên cứu của GS.TSKH Bùi Văn Ga và cộng sự đã thực hiện công trình nghiên cứu cơ sở lý thuyết và chế tạo thành công mô hình xe gắn máy hybrid với bánh xe trước và bánh xe sau được dẫn động trực tiếp bằng hai động

cơ điện có công suất lần lượt 500 W và 1000 W Ngoài ra, mô hình còn có động cơ nhiệt chạy bằng LPG được cải tạo từ động cơ tĩnh tại nguyên thuỷ chạy bằng xăng có công suất 2000 W làm nhiệm vụ nạp điện cho bình accu và hỗ trợ công suất cho xe gắn máy khi cần thiết Xe có thể tận dụng năng lượng phanh để nạp điện cho accu Hệ thống điều khiển điện tử được thiết kế cho phép xe gắn máy có khả năng phối hợp công suất các động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau

Hình 1.4 Mô hình mô tô hybrid điện – nhiệt (LPG) của ĐH Bách khoa Đà Nẵng [30] Năm 2011, tại Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Nha Trang, nằm trong chương trình đào tạo Thạc sĩ, học viên Nguyễn Văn Định cũng đã thực hiện đề tài

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình ô tô hybrid hai chỗ ngồi phục vụ đào tạo kỹ sư ngành Cơ điện tử và Kỹ thuật ô tô” Kết quả của công trình này là mô hình ô tô hybrid hai chỗ ngồi với các bộ phận chính của hệ động lực bao gồm một máy phát xoay chiều

12 V, một động cơ đốt trong có dung tích 110cc để dẫn động hai bánh sau, hai động cơ điện có tổng công suất 700 W được tích hợp bên trong 2 bánh xe trước Mô hình bố trí một máy phát điện có vai trò sản sinh ra điện năng để nạp cho accu khi tình trạng nạp accu thấp Hệ thống điều khiển điện tử được thiết kế cho phép ô tô phối hợp công suất các động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau

Hình 1.5 Mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi của Trường Đại học Nha Trang [7]

Về cơ bản, mô hình này có đầy đủ tính năng quay trở và có thể chạy với vận tốc tối đa là 40 km/h trong điều kiện địa hình bằng phẳng, có khả năng di chuyển được trên địa hình dốc lên đến 18 % Nguồn năng lượng chính của mô hình này là sự kết hợp giữa động cơ xăng và năng lượng điện từ accu

1.2 PHÂN LOẠI HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ HYBRID

Về phương diện cấu trúc, ô tô hybrid và ô tô truyền thống chỉ khác nhau cơ bản

ở hệ thống động lực Mặc dù các hãng ô tô trên thế giới đã cho ra đời rất nhiều mẫu ô

tô hybrid, đem lại sự đa dạng cả về đặc điểm cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động,

nhưng nhìn chung cho đến nay, chỉ có ô tô hybrid với động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine - ICE) và mô tơ điện (Electric Motor - EM) đã được thương mại

hóa và chiếm thị phần đáng kể Do đó, phân loại ô tô hybrid dựa vào cách thức liên kết giữa ICE và EM, tỷ lệ công suất của ICE và của EM được sử dụng để dẫn động bánh

xe chủ động, sự phân công về thời gian làm việc của ICE và của EM trong quá trình vận hành ô tô, ô tô hybrid hiện đại được phân thành 3 loại: ô tô hybrid kiểu nối tiếp, kiểu song song và kiểu hỗn hợp

1.2.1 Hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp

Đối với hệ động lực loại này, EM đảm nhận vai trò truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của ICE là kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho accu hoặc cung cấp thẳng cho EM

Hình 1.6 Sơ đồ dòng năng lượng hệ động lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp [28] Dòng điện từ máy phát sinh ra được chia làm hai phần, một để nạp accu và một

để dùng chạy EM EM ở đây còn có vai trò như một máy phát để tái sinh năng lượng khi ô tô xuống dốc hoặc thực hiện quá trình phanh

* Ưu điểm

Ở loại hình này, ICE không truyền cơ năng trực tiếp đến các bánh xe nên chế độ làm việc của ICE luôn hoạt động ở trong vùng có hiệu suất cao và ô nhiễm vừa phải,

ICE có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ô tô Mặt khác ICE chỉ hoạt động nếu ô tô chạy đường dài quá quãng đường đã quy định dùng cho accu

Sơ đồ này có thể không cần hộp số

* Nhược điểm

Trong hệ động lực kiểu nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như kích thước và dung tích accu lớn do phải đảm nhận chức năng là nguồn cung cấp năng lượng trực tiếp và duy nhất để dẫn động ô tô; mặc khác ICE luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho accu nên dễ bị quá tải

Cơ năng ở các bánh xe do điện sinh ra, do đó EM phải có công suất đủ lớn để dẫn động bánh xe

1.2.2 Hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu song song

Đối với loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (ICE và EM) đều được kết nối trực tiếp đến bánh xe chủ động và có thể truyền động lực một cách độc lập hoặc đồng thời Nói một cách đơn giản là bánh xe chủ động có thể được xoay một cách riêng biệt bằng EM hoặc ICE, hoặc cả hai Ở hệ thống này ICE đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền moment chính, còn EM chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc

Trong hệ thống này, EM có hai chức năng chính Chức năng thứ nhất là chuyển hóa điện năng được cung cấp từ accu thành cơ năng Chức năng thứ hai là chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng để nạp lại cho accu khi ô tô thực hiện quá trình giảm tốc Một số hãng sản xuất ô tô hybrid hiện nay lựa chọn thiết kế theo cách này vì

có thể tận dụng cả hai nguồn năng lượng một cách hiệu quả

Hình 1.7 Sơ đồ dòng năng lượng hệ động lực ô tô hybrid kiểu song song [28]

Trong sơ đồ trên, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa ICE và bánh xe như ô tô truyền thống còn có thêm EM truyền động đến bánh xe chủ động Khi ô tô chạy trên

xa lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là ICE, EM sẽ dùng khi gia tốc ô tô, còn khi chạy trong nội đô nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là EM

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

lượng, không cần dùng máy phát riêng do EM có tính năng giao hoán, lưỡng dụng vừa làm nhiệm vụ nạp điện cho accu trong các chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian Mặc khác, EM được sử dụng ở đây là loại đặc biệt có tính năng lưỡng dụng, nó có thể khởi động ICE và dùng như một máy phát điện

để nạp điện cho accu, cung cấp năng lượng trong trường hợp ô tô cần gia tốc hoặc lên dốc Cũng do mức độ hoạt động của EM ít hơn ICE nên dung lượng bình accu nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của ô tô nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp

* Nhược điểm: EM cũng như bộ phận điều khiển có kết cấu phức tạp, giá thành

đắt và ICE phải thiết kế với công suất lớn hơn kiểu lai nối tiếp Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao

1.2.3 Hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

Hệ thống động lực loại này chính là sự kết hợp cả hai hệ thống động lực kiểu nối tiếp và song song nói trên nhằm tận dụng tối đa các dạng năng lượng được sản sinh

ra trong quá trình vận hành xe So với hệ thống truyền lực kiểu song song thì loại hỗn hợp này được bố trí thêm một máy phát để nạp điện cho accu khi cần thiết

Hình 1.8 Sơ đồ dòng năng lượng hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp [28]

- Khác với các hệ động lực của ô tô hybrid kiểu nối tiếp và song song, hệ động lực của ô tô hybrid kiểu hỗn hợp có thêm bộ chia công suất (PSD – Power Split Device) Nhờ có PSD, năng lượng từ các nguồn động lực sẽ được sử dụng “mềm dẻo”

và hợp lý hơn theo yêu cầu làm việc của ô tô tương ứng với các chế độ làm việc khác nhau, cụ thể:

+ Trong chế độ làm việc tải nhỏ và trung bình, PSD sẽ tiếp nhận năng lượng từ

cả động cơ điện và động cơ nhiệt (động cơ nhiệt chủ yếu làm việc trong vùng hiệu suất tối ưu), cấp năng lượng cơ học cho bánh xe chuyển động và nạp năng lượng cho máy phát cấp điện cho động cơ điện và accu dự trữ

+ Khi ô tô cần huy động công suất từ các nguồn động lực để phục vụ quá trình tăng tốc, PSD sẽ ngưng cấp năng lượng cho máy phát, tập trung toàn bộ năng lượng từ động cơ điện và động cơ nhiệt cấp cho ô tô hoạt động trong miền tải cực đại

+ Mặt khác, PSD cũng cho phép ô tô làm việc chỉ với động cơ điện sử dụng năng lượng từ accu dự trữ làm nguồn dẫn động trong chế độ làm việc với yêu cầu phát thải độc hại bằng không

Với ưu điểm như vậy nên hiện nay, hệ động lực hybrid kiểu hỗn hợp được tập trung nghiên cứu để ứng dụng cho hầu hết các chủng loại ô tô hiện đại

1.3 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ ĐỘNG LỰC HYBRID KIỂU HỖN HỢP

1.3.1 Mô hình tổng quát hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

Hình 1.9 Mô hình tổng quát của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp [15]

Trong hình trên các thành phần chính của hệ động lực của xe Hybrid hỗn hợp bao gồm:

1 Engine: Động cơ đốt trong

2 HV Battery: High Volt Battery – Accu điện áp cao

3 Inverter: Bộ chuyển đổi điện

4 Hybrid Transaxle: Hộp số kết hợp với bộ phân phối công suất (PSD)

5 Motor Generator 1 (MG 1): Tổ hợp động cơ – máy phát 1

6 Motor Generator 2 (MG 2): Tổ hợp động cơ – máy phát 2

Dưới đây là chức năng nhiệm vụ cụ thể của các phần tử chính trong hệ động lực của xe Hybrid hỗn hợp

1.3.2 CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN CỦA HỆ ĐỘNG LỰC Ô TÔ HYBRID KIỂU HỖN HỢP

1.3.2.1 Động cơ đốt trong

Đối với hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp, động cơ đốt trong (ICE) chính là nguồn động lực chính cung cấp năng lượng vận hành cho cả hệ thống, ở ô tô hybrid kiểu hỗn hợp nói riêng và của ô tô hybrid nói chung thì ICE có thể dùng là động cơ xăng, động cơ Diesel, động cơ hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu

Hình 1.10 Động cơ đốt trong kết hợp hộp số của ô tô hybrid TOYOTA Prius [16]

1.3.2.2 Hộp số và bộ phân phối công suất (Hybrid Transaxle)

Hộp số của ô tô hybrid hỗn hợp hoạt động theo nguyên tắc của hộp số tự động

vô cấp (CVT- Continuously Variable Transmission), với cụm bánh răng hành tinh trong hộp số đóng vai trò như một bộ chia công suất có nhiệm vụ chia công suất từ ICE thành hai thành phần, tạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện Các bánh răng hành tinh của nó có thể truyền công suất đến ICE, EM – máy phát và các

bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau Các bánh răng hành tinh này hoạt động như một cơ cấu truyền động biến đổi liên tục (CVT- Continuously Variable Transmission)

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của bộ phân phối công suất – PSD [15]

Về phương diện cấu trúc và cách thức hoạt động, PSD trong hệ động lực hybrid hỗn hợp tương tự như một hộp số với các bánh răng hành tinh mà giá (hay còn gọi là cần C) của chúng liên kết với ICE và được xem như đầu vào của hộp số, bánh răng mặt trời liên kết với MG1, vành răng liên kết với MG2 Tổ hợp máy phát – mô tơ điện liên hợp (MG1) có chức năng chính là phát điện nạp cho accu và cung cấp cho MG2, chức năng phụ là khởi động ICE Khi đó ICE có chức năng dẫn động các bánh xe chủ động và lai máy phát điện MG1 Trong khi đó MG2 có chức năng chính là phối hợp với ICE dẫn động các bánh xe chủ động và chức năng phụ là phát điện nạp cho accu trong quá trình phanh Do đó MG2 được tính toán thiết kế, chế tạo đảm bảo có tính năng động lực học cao để ô tô khởi động nhẹ nhàng và tăng tốc tốt

1.3.2.3 Mô tơ điện và máy phát

Trong hệ động lực ô tô hybrid hỗn hợp có 2 tổ hợp mô tơ điện – máy phát gồm:

- MG1 (Motor Generater 1) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho accu điện áp cao (HV Battery), đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2 (Motor Generater 2) MG1 hoạt động như một mô tơ để khởi động động cơ chính của xe, đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gần giống như một CVT

- MG2 có nhiệm vụ dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, MG2 hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (còn gọi là quá trình hãm tái sinh năng lượng) để chuyển hóa thành điện năng để nạp lại cho accu điện áp cao

Trên ô tô hybrid TOYOTA Prius, tổ hợp MG1 và MG2 là loại mô tơ đồng bộ xoay chiều 3 pha không chổi than hiệu suất cao với dòng AC Các nam châm vĩnh cửu

và một rôto được làm bằng các tấm thép điện từ ghép lại thành mô tơ công suất cao Ngoài ra, với việc bố trí các nam châm vĩnh cửu theo một dạng tối ưu, mô men dẫn động được cải thiện và công suất được tăng lên Cả MG1 và MG2 đều có kích thước gọn, nhẹ và là loại đồng bộ nam châm vĩnh cửu dòng điện xoay chiều hiệu quả cao

1.3.2.4 Bộ phận chuyển đổi điện (Inverter with Converter)

Bộ chuyển đổi có chức năng biến dòng điện một chiều từ accu điện áp cao (HV Batterry) thành dòng xoay chiều để dẫn động mô tơ điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều để nạp điện cho accu

Hình 1.12 Bộ chuyển đổi điện và sơ đồ nguyên lý hoạt động

Về cấu tạo, nó gồm một bộ khuếch đại điện năng để tăng điện áp được cung cấp lên đến 500 V, đồng thời nó được trang bị một bộ chuyển đổi dòng một chiều để nạp điện cho accu phụ của ô tô và một bộ chuyển đổi dòng xoay chiều để cấp điện cho máy nén trong hệ thống điều hòa của ô tô

1.3.2.5 Accu điện áp cao (HV Battery - High Volt Battery)

Accu chính của ô tô được bảo vệ trong một vỏ niken - kim loại hydrua chắc chắn và có mật độ năng lượng cao hơn so với bình thường Thông thường bộ accu điện

áp cao gồm 120 - 250 cặp cực accu với điện áp chuẩn là 144 V - 350 V (1,2 V/cặp cực) được nạp năng lượng bởi động cơ chính thông qua tổ hợp MG1 khi ô tô chạy bình thường và tổ hợp MG2 trong suốt quá trình hãm tái sinh năng lượng

Hình 1.13 Accu điện áp cao bố trí trên hệ động lực ô tô hybrid

1.3.2.6 Cáp nguồn

Cáp nguồn hay cáp công suất trong ô tô hybrid dùng để truyền dòng điện có cường độ và điện áp cao giữa các thiết bị như accu điện cao áp, bộ chuyển đổi, các tổ hợp MG1, MG2 và máy nén trong hệ thống điều hòa Đường dây cao áp và các giắc nối được đánh dấu bằng mầu da cam như trong Hình 1.14

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao trên hệ động lực ô tô hybrid

1.3.2.7 Accu phụ

Một thành phần không thể thiếu trong hệ động lực ô tô hybrid điển hình không thể không nhắc đến đó là cụm accu phụ Đây là loại accu DC 12V được bố trí cố định phía sau xe, có chức năng duy trì và cung cấp dòng điện một chiều ổn định cho các thiết bị phụ trợ khác trong xe như đèn, hệ thống âm thanh, các ECU điều khiển …

Hình 1.15 Bố trí accu phụ trên ô tô hybrid

1.3.3 Hệ thống điều khiển nguồn động lực ô tô hybrid

Hình 1.16 Sơ đồ mạch hệ điều khiển nguồn động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp [15]

Quá trình làm việc của các thiết bị động lực trên ô tô hybrid đều phụ thuộc vào

hệ thống điều khiển Hình 1.16 là sơ đồ mạch của hệ thống điều khiển nguồn động lực của ô tô hybrid hỗn hợp được sử dụng trên các ô tô hybrid của hãng TOYOTA Trong

sơ đồ này, ECU hybrid sẽ kết nối liên lạc với 4 ECU khác, gồm:

- ECU – động cơ điện (Motor ECU): Có nhiệm vụ điều khiển động cơ điện làm việc ở chế độ động cơ hoặc máy phát cũng như mức độ cấp công suất của động cơ thông qua các bộ chuyển đổi điện áp động cơ (inverter motor) và chuyển đổi điện áp máy phát (inverter generator)

- ECU – động cơ nhiệt (Engine ECU): Có nhiệm vụ điều khiển mức phát công suất của động cơ nhiệt ECU – động cơ nhiệt luôn giữ động cơ nhiệt làm việc theo hai chế độ, chế độ tiết kiệm (suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất) và chế độ phát công suất cực đại đảm bảo yêu cầu làm ở vùng tải lớn

- ECU – phanh (Brake – ECU): Có nhiệm vụ điều khiển hệ thống phanh thủy lực đến các cơ cấu chấp hành phanh xe

- ECU – Accu (Battery ECU): Có chức năng điều khiển dòng nạp accu theo yêu cầu về dung lượng cần thiết cho accu

ECU hybrid giữ các chương trình vận hành đã được cài đặt trước đó trong bộ nhớ Các chương trình này đã được nghiên cứu và thử nghiệm riêng cho các chủng loại

và đời xe khác nhau, đảm bảo điều khiển nguồn động lực làm việc ở chế độ hợp lý nhất Căn cứ vào chế độ làm việc mong muốn, vị trí điều khiển của bàn đạp ga và các thông số hồi về từ các cảm biến, ECU hybrid sẽ truyền các tín hiệu đến các ECU khác

để vận hành các thiết bị động lực làm việc theo chương trình điều khiển

* Nhận xét:

Khi xem xét các hệ thống động lực sử dụng trên ô tô hybrid, nhận thấy rằng: hệ thống động lực hybrid kiểu hỗn hợp có tính năng vượt trội so các các hệ thống động lực hybrid kiểu song song và kiểu nối tiếp, thỏa mãn được các tính năng yêu cầu của nguồn động lực ô tô Cụ thể:

- Về tính năng động lực học: Với việc kết hợp năng lượng từ hai nguồn động

lực của động cơ điện và động cơ nhiệt, cộng với khả năng tự sạc để duy trì năng lượng điện của accu luôn trong ngưỡng giá trị cho phép, giúp nguồn động lực hybrid kiểu

hỗn hợp huy động hợp lý công suất trong các trường hợp cần tăng tốc, leo dốc hay làm việc với phụ tải cực đại

- Về tính năng kinh tế năng lượng: Đặc trưng là khả năng sử dụng hiệu quả nguồn

năng lượng duy trì hoạt động của xe:

+ Ô tô hybrid sử dụng năng lượng kết hợp cho phép động cơ nhiệt luôn làm việc trong vùng hiệu suất tối ưu, sử dụng năng lượng thừa nạp lại cho accu dự trữ, qua

đó nâng cao hiệu suất làm việc đáng kể so với các dòng ô tô hybrid sử dụng hệ thống động lực kiểu nối tiếp và song song

+ Với việc sử dụng tổ hợp động cơ điện – máy phát (MG1 và MG2), công nghệ hybrid kiểu hỗn hợp cho phép các nguồn năng lượng thừa phát sinh từ hoạt động phanh, giảm tốc của ô tô được “thu gom” để chuyển hóa thành điện năng nạp cho accu

+ Ô tô hybrid sử dụng hệ động lực kiểu hỗn hợp cho phép lựa chọn các thiết bị động lực chính như động cơ nhiệt, động cơ điện và accu có kích thước nhỏ gọn hơn, qua đó giảm được chi phí đầu tư ban đầu và phí tổn trong quá trình vận hành xe

Điểm khác biệt cơ bản giữa nguồn động lực hybrid kiểu hỗn hợp với hybrid kiểu nối tiếp và song song là sự có mặt của bộ chia công suất – PSD (Power Split Device) PSD có cấu tạo gồm các bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời và bánh răng bao, làm việc như một bộ truyền tự động vô cấp; giúp cho việc tiếp nhận công suất từ hai nguồn độc lập là động cơ nhiệt và động cơ điện, chuyển hóa nó thành các năng lượng cơ học cần thiết phục vụ cho chuyển động của xe và lai máy phát để sạc cho accu Tuy nhiên, PSD chỉ là thiết bị cho phép nguồn động lực hoạt động “mềm dẻo” hơn trong các chế độ làm việc đã chọn; Nó chỉ giúp cho khả năng tiếp nhận năng lượng từ động cơ nhiệt và động cơ điện với các tốc độ quay độc lập, không phụ thuộc vào nhau; phân chia thành tốc độ xe và tốc độ quay máy phát theo một tỷ lệ nhất định Các tính năng vượt trội của hybrid hỗn hợp có được là nhờ hệ thống điều khiển điện

vận hành và chế độ làm việc từ người điều khiển để điều khiển các thiết bị động lực làm việc theo đúng yêu cầu đề ra, đảm bảo được các tính năng đã nêu trên

Ở Việt Nam, các nghiên cứu gần đây về ô tô hybrid thường chú trọng nghiên cứu tính chọn hệ thống động lực và chế tạo, lắp ráp các hệ thống truyền động như

nghiên cứu của nhóm tác giả GS.TS Bùi Văn Ga và Nguyễn Quân (2008), Thiết kế, bố

trí hệ thống động lực trên ôtô hybrid 2 chỗ ngồi; nghiên cứu của tác giả Nguyễn Quân

(2004), Thiết kế hệ thống động lực ôtô lai điện – nhiệt hai chỗ ngồi; nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Định (2013), Nghiên cứu thiết kế, bố trí hệ thống động lực trên

ôtô hybrid 2 chỗ, phục vụ đào tạo tại Trường Đại Học Nha Trang, … Các nghiên cứu

này cũng ít nhiều có đề cập đến hệ thống điều khiển nhưng chưa trình bày rõ ràng, chi tiết hệ thống điều khiển, hoặc có trình bày nhưng lại sử dụng cho đối tượng khác như của tác giả Nguyễn Văn Định

Việc ứng dụng công nghệ hybrid, đặc biệt là dòng hybrid kiểu hỗn hợp cho các dòng ô tô ở Việt Nam sẽ không đạt được kết quả mong muốn, không đảm bảo được các tính năng yêu cầu của nguồn động lực hybrid kết hợp nếu không có những nghiên cứu sâu về hệ thống điều khiển nguồn động lực này Với ý nghĩa đó, tác giả đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu là hệ thống điều khiển nguồn động lực áp dụng cho mô hình ô tô hybrid kiểu hỗn hợp hai chỗ ngồi Trong điều kiện điều kiện nghiên cứu và trình độ có hạn, tác giả hy vọng các nghiên cứu của mình sẽ đạt được các yêu cầu tối thiểu về đảm bảo các tính năng của nguồn động lực hybrid hỗn hợp, qua đó tạo tiền đề nghiên cứu sâu hơn cho các hệ thống điều khiển nguồn động lực hybrid sau này

Chương 2 TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO MÔ HÌNH Ô

TÔ HYBRID HAI CHỖ KIỂU HỖN HỢP

Theo đề cương nghiên cứu được Hội đồng xét duyệt thông qua tháng 11/2013, đối tượng triển khai thực tế của đề tài là mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi hiện có của Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang Đây là mô hình thuộc sản

phẩm đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình ô tô hybrid hai chỗ

ngồi phục vụ đào tạo kỹ sư ngành Cơ điện tử và Kỹ thuật ô tô” của học viên cao học

Nguyễn Văn Định thực hiện năm 2013 Trên cơ sở kế thừa các thông số tính toán thiết

kế và chế tạo của mô hình, trong phạm vi đề tài này sẽ không thực hiện các tính toán

cơ bản về kết cấu của mô hình mà chỉ căn cứ vào đó để thực hiện các tính toán cần thiết phục vụ cho mục tiêu chính của đề tài được duyệt Cụ thể trong nội dung này, tác giả căn cứ vào các kết quả tính toán lực cản chuyển động có trước từ kết cấu có sẵn của mô hình ô tô hybrid được kế thừa để tính toán các thông số cần thiết như lực kéo,

mô men yêu cầu của cụm thiết bị theo nguyên lý hoạt động mới (hybrid kiểu hỗn hợp) nhằm đáp ứng các chế độ làm việc đã chọn; trên cơ sở đó tính chọn, thiết kế lắp ráp các thiết bị động lực chính cho mô hình ô tô hybrid hỗn hợp hai chỗ ngồi

Trình tự triển khai các nội dung của phần này gồm:

- Nghiên cứu tính năng động lực học của mô hình trên cơ sở tính toán các thông

số cơ bản theo thông số đầu vào đã chọn

- Nghiên cứu nguyên lý điều khiển ô tô hybrid kiểu hỗn hợp thực tế Từ đó, đề xuất phương án điều khiển phù hợp cho hiện trạng của mô hình

- Tham khảo, tính chọn các thiết bị động lực hiện có trên thị trường để trang bị cho mô hình

- Lập phương án bố trí các thiết bị của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp để lắp đặt trên mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi hiện có tại Trường Đại học Nha Trang

2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH Ô TÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI

Một số đặc điểm về kết cấu chính và các thông số cơ bản của mô hình ô tô hybrid tại Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang

- Mô hình kết cấu của xe [7]:

Hình 2.1 Kết cấu tổng thể của ô tô hybrid 2 chỗ ngồi

(1)- Khung xe; (2)- Module động cơ điện + bánh xe; (3)- Động cơ đốt trong; (4)- Máy phát điện; (5)- Trục các đăng; (6)- Vi sai và các bán trục

- Các thông số thiết kế cơ bản của mô hình [7]:

+ Xe chở được 2 nguời, có tổng khối lượng 150 kg

Để xác định công suất cần thiết của nguồn động lực, cần xác định được tổng lực cản của mô hình ở các chế độ làm việc khác nhau Cụ thể: khi xe làm việc các lực cản chuyển động tác dụng lên xe bao gồm lực cản lăn Ff, lực cản gió Fw, lực cản quán tính

Fa và lực cản dốc Fα

* Lực cản lăn - Ff : Lực cản lăn sinh ra chủ yếu do biến dạng đàn hồi của bánh

xe và một phần do ma sát trong ổ trục bánh xe Lực cản lăn được xác định như sau:

α

cos

f g m

F f = [N] (2.1) Trong đó :

m : khối lượng ô tô [kg]

g : gia tốc trọng trường [m/s2]

α : góc dốc của mặt đường [độ]

f : hệ số cản lăn

Theo [7], lực cản lăn của mô hình được tính như sau:

+ Tổng trọng lượng của ô tô: G = 400.10 = 4000 (N)

+ Hệ số cản lăn được tính cho đường đất cứng: f = 0,025

Lực cản lăn Ff tính theo (2.1): Ff = f.G = 4000.0,025 = 100 (N)

* Lực cản gió - Fw: Lực cản gió đặt tại tâm diện tích cản chính diện

2

63 ,

0 C S v

F w = x [N] (2.2) Trong đó:

x

C : Hệ số cản gió, phụ thuộc vào hình dáng khí động học và bề mặt thân xe S: diện tích cản gió [m2]

V: vận tốc chuyển động của ôtô [m/s]

Theo [7], với vận tốc làm việc đã chọn (Vgió= 50 km/h = 13,89 m/s)

Lực cản gió Fw của xe mô hình theo (2.2) là: Fw = 0,63.Cx.S.v2 = 103,41 (N)

* Lực cản quán tính - Fa: Lực cản quán tính đặt tại trọng tâm mô hình và sinh

ra khi ô tô tăng hay giảm tốc

a m

F a = δa. [N] (2.3) Trong đó:

m : khối lượng tĩnh của mô hình [kg]

δa: hệ số xét đến khối lượng các chi tiết chuyển động quay của mô hình; a: gia tốc của ô tô [m/s2]

Lực quán tính Fa (với gia tốc a = 1 m/s2) theo (2.3) là: Fa = m.a = 400 (N)

* Lực cản dốc - Fα: Lực cản dốc đặt tại trọng tâm của mô hình, cùng chiều chuyển động nếu xuống dốc và ngược chiều chuyển động nếu lên dốc

F =α m.g sinα [N] (2.4)

Với: α - góc dốc của mặt đường [độ]

Lực cản dốc (ứng với góc nghiêng α = 180 tương ứng với độ dốc 33 %) theo (2.4): Fα = G.sinα = 4000.0,33 = 1320 (N)

* Phương trình cân bằng lực kéo tại bánh xe chủ động được xác định như sau:

+ Lực kéo cần thiết Fk: Fk = Ff + Fα + Fa + Fw (2.5) Khi tính toán thiết kế, thông thường người ta sẽ không tính chọn thiết bị động lực khi xe hoạt động ở chế độ 4 lực cản xảy ra cùng lúc, cụ thể:

- Trường hợp mô hình hoạt động ở chế độ leo dốc cực đại, khi đó:

+ Chuyển động với vận tốc nhỏ, có thể bỏ qua lực cản gió: Fw = 0

+ Chuyển động với vận tốc ổn định: lực cản quán tính Fa = 0

+ Giả thiết không xảy ra trượt ở bánh xe chủ động

+ Nguồn năng lượng phối hợp có mô men xoắn cực đại (Mtmax):

max

t

t M

M =α (2.6) Lúc này, lực cản chuyển động của mô hình chỉ còn lực cản lăn Ff và lực cản dốc Fα Do đó, phương trình cân bằng lực kéo (2.5) được viết lại như sau:

+ Khi ô tô vượt dốc, mô men yêu cầu tại bánh xe chủ động là:

- Trường hợp mô hình hoạt động ở tốc độ tối đa, khi đó:

+ Chuyển trên đường thẳng( =α 0 ), không leo dốc: lực cản dốc Fα = 0

+ Tốc độ ổn định, không thể tăng tốc được nữa: lực cản quán tính Fa = 0

+ Lực kéo FM do hai nguồn công suất sinh ra truyền tới bánh xe chủ động không lớn hơn lực bám: F M <Pϕ (2.9)

Lúc này, lực cản chuyển động chỉ còn lực cản lăn Ff và lực cản gió Fw

Do đó, phương trình cân bằng lực kéo (2.5) được viết lại như sau:

Hình 2.3 Đề xuất sơ đồ cấu tạo hệ thống động lực ô tô hybrid hỗn hợp cỡ nhỏ bởi

Ron Hodkinson [15]

Trong hình 2.3, các thành phần của hệ động lực ô tô hybrid kiểu hỗn hợp bao gồm:

- Động cơ điện (Motor): có chức năng cung cấp năng lượng khi ô tô chạy tiến

và chạy lùi, khởi động xe Động cơ điện tham gia quá trình làm việc trong toàn bộ quá trình chạy xe

- Động cơ nhiệt (Gasoline engine): cung cấp năng lượng chạy xe ở chế độ chạy tiến và trực tiếp cung cấp năng lượng cho máy phát điện để sạc cho accu trong trường hợp xe tiêu thụ không hết công suất của động cơ nhiệt

- Bộ phân phối hay bộ chia công suất (hình b): được sử dụng để đảm bảo việc phối hợp công suất của các nguồn động lực trong toàn hệ thống, cung cấp năng lượng cho xe và cho máy phát điện