Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song

Đề tài “Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song’’ được thực hiện với các mục tiêu sau : -Đặc điểm hệ truyền động và các chế độ sử dụng nguồn n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do chính tôi nghiên

cứu và thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Hữu Nam Thông tin

và số liệu tham khảo sử dụng trong luận văn được trích dẫn đầy đủ nguồn tài liệu tại danh mục tài liệu tham khảo là trung thực Nội dung của luận văn hoàn toàn phù hợp

với tên đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa

Hà nội

Tác giả luận văn

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Thời gian tăng tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong t Quãng đường tăng tốc của xe khi dùng động cơ đốt trong S

Thời gian tăng tốc của xe khi dùng mô tơ điện t m

Quãng đường tăng tốc của xe khi dùng mô tơ điện S m

Quãng đường tăng tốc của xe ở chế độ hybrid S h

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Xe hybrid

Hình 1.1 Lượng tiêu thụ nhiên liệu trong các năm

Hình 1.3 Lượng tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới

Bảng 1.4 Thống kê nguồn năng lượng năm 2000

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn Mỹ đối với ô tô du lịch (tính theo g/dặm quy trình FTP75) Bảng 1.6 Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với ô tô tải hạng nhẹ

Bảng 1.7 Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng

Hình 1.8 Đặc tính của động cơ đốt trong

Hình 1.9:Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hybrid

Hình 1.10 H ệ thống hybrid nối tiếp

Hình 1.11 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp

Hình 1.12 Hệ thống hybrid song song

Hình 1.13 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song

Hình 1.14 Hệ thống hybrid hỗn hợp

Hình 1.15 Phân loại xe hybrid

Hình 2.1 Sơ đồ chung của truyền lực hybrid

Hình 2.2 Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng

Hình 2.3 Đường đặc tính cục bộ động cơ xăng

Hình 2.4 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động cơ xăng

Hình 2.5 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào công suất sử dụng

Hình 2.6: Đường đặc tính của ba loại động cơ điện

Hình2.7:Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

Hình2.8:Đường đặc tính của các loại động cơ điện 1 chiều

Hình 2.9:Sơ đồ mạch tương ứng của động cơ điện kích từ nối tiếp

Hình 2.10 Bánh răng hành tinh

Hình 2.11 Đặc tính công suất của ắc quy

Hình 2.12 Đặc tính ắc quy với điện áp trung bình là 12 và 36V

Bảng 2.13 Đặc điểm các loại ắc quy

Hình 2.14 Mô hình ắc quy trên xe hybrid

Hình 2.23:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu transmoto

Hình 2.24 : Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc độ với hệ bánh răng hành tinh

Hình 2.25 Sơ đồ hệ thống hybrid song song kết nối momen

Hình 2.26 Chương trình điều khiển tống thể của hệ thống truyền lực hybrid song song

kết nối cơ khí

Hình 2.27 Biểu diễn các chế độ làm việc trên cơ sở công suất yêu cầu

ểu đồ chiến lược điều khiển Max.SOC-of-PPS

Hình 2.29 Minh họa chiến lược tắt mở động cơ

Hình 3.2 Đặc tính công suất động cơ đốt trong

Hình 3.3 Đồ thị công suất động cơ đốt trong

Hình 3.4 Đồ thị momen động cơ đốt trong

Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid cấu hình song song sử dụng bộ kết nối momen

Hình 3.6 Đồ thị lực kéo tại bánh xe chủ động theo các tay số truyền

Hình 3.7 Đồ thị nhân tố động lực học của động cơ đốt trong

Hình 3.8 Đồ thị 1/j của động cơ đốt trong

Đồ thị 3.9 Thời gian tăng tốc của xe

Hình 3.10 Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe

Hình 3.11 Đồ thị công suất của mô tơ điện

Hình 3.12 Đồ thị momen của mô tơ điện

Hình 3.13 Đồ thị lực kéo của mô tơ điện

Hình 3.14 Đồ thị nhân tố động lực học của mô tơ điện

Hình 3.15 Đồ thị 1/j của mô tơ điện

Đồ thị 3.16 Thời gian tăng tốc của xe

Hình 3.17 Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe

M ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 10

1.1 Khái niệm về xe hybrid 10

1.2 Tiền đề về sự phát triển của xe hybrid 11

1.3 Ý nghĩa của xe hybrid 12

1.3.1 Tiết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt 12

1.3.2 Giảm lượng khí xả ô nhiễm môi trường 16

1.4 Đặc điểm của xe Hybrid HEV 20

1.5 Phân loại HEV 22

1.5.1 Cấu hình nối tiếp 22

1.5.2 Cấu hình song song 24

1.5.3 Cấu hình hỗn hợp 25

1.6 Mức độ Hybrid 26

1.7.Đặt vấn đề nghiên cứu 27

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID SONG SONG 30

2.1 Sơ đồ truyền lực hybrid song song 30

2.2.Các chê độ hoạt động của xe hybrid song song 31

2.3Các cụm chi tiết chính trên cấu hình hybrid song song 31

2.3.1Động cơ nhiệt: 31

2.3.2 Mô tơ điện 35

2.3.3Hệ thống truyền lực 38

2.3.4 Ắc quy 39

2.3.5 Bộ kết nối 44

2.4 Chiến lược điều khiển của hệ thống truyền lực hybrid 53

2.4.1 Mục tiêu của chiến lược điều khiển 53

2.4.2 Chiến lược điều khiển 54

2.4.3 Chiến lược điều khiển nạp điện ắc quy cực đại 56

2.4.4 Chiến lược điều khiển động cơ On-Off 60

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE HBYRID CẤU

HÌNH SONG SONG 62

3.1Mục tiêu xây dựng, đánh giá tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song 62

3.2 Phương pháp xây dựng, đánh giá tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song 62

3.3 Nội dung xây dựng tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song 62

3.3.1 Xây dựng tính chất động lực học của động cơ đốt trong 62

3.3.2 Xây dựng nhân tố động lực học cho mô tơ điện 70

3.3.3 Xây dựng tính chất động lực học của xe ở chế độ hybrid 76

KẾT LUẬN 82

PHỤ LỤC 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

L ỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang từng bước công nghiệp hóa và hiện đại hóa, cùng với quá trình đó thì ngành công nghiệp ô tô đóng vai trò to lớn trong công cuộc xây dựng đất nước Ô tô

dần trở thành phương tiện được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên nguồn năng lượng dầu mỏ đang dần cạn kiệt đã trở thành mối lo ngại lớn cho tương lai của ngành công nghiệp ô tô Khi có một nguồn nhiên liệu mới thay thế hoàn toàn cho nhiên liệu dầu mỏ thì việc nâng cao tính tiết kiệm nhiên liệu cho ô tô là vô cùng cấp thiết Một trong những giải pháp để nâng cao tính tiết kiệm nhiên liệu trên ô

tô là sử dựng ô tô hybrid

Với mong muốn giúp cho những kỹ thuật viên, những người lái xe hiểu biết về

xe hybrid PHEV, cũng như có thêm nguồn tài liệu tham khảo về xe PHEV Luận văn

sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết thông qua việc xây dựng mô hình tính toán động lực học của xe hybrid có cấu hình song song

Đề tài “Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song’’ được thực hiện với các mục tiêu sau :

-Đặc điểm hệ truyền động và các chế độ sử dụng nguồn năng lượng của xe hybird

-Cấu hình truyền động song song của xe hybrid;

-Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song

Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Viện cơ khí động lực trường Đại học Bách khoa Hà nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Hữu Nam Tác giả xin chần thành cám ơn sự hướng dẫn tận tụy của PGS.TS Phạm Hữu Nam và

chế nhất định nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong được sự quan tâm, đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Hà n ội, ngày tháng năm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 1.1 Khái ni ệm về xe hybrid

Xe hybrid là loại xe sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện Sự hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động

cơ điện sao cho tối ưu nhất Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong

hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động

Hình 1.1 Xe hybrid

Chế độ làm việc của ô tô trong điều kiện thực tế phụ thuộc vào rất nhiều thông

số như: tải trọng, tốc độ, hệ số bám, độ nghiêng bề mặt đường,… Do đó trong từng điều kiện cụ thể công suất cần thiết của nguồn động lực trên xe là khác nhau Ở ô tô chỉ

sử dụng một động cơ đốt trong hay động cơ điện trong nhiều điều kiện thì công suất phát ra và công suất cần thiết có sự khác biệt Điều này gây ra sự lãng phí công suất không cần thiết Xe hybrid sử dụng hai nguồn động lực là động cơ đốt trong và động

cơ điện với mục tiêu là tận dụng những ưu điểm của từng loại động cơ để đưa ra được

năng lượng hữu ích trong quá trình phanh Do đó xe hybrid so với xe truyền thống chỉ

sử dụng động cơ đốt trong và động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao

1.2 Ti ền đề về sự phát triển của xe hybrid

Những chiếc xe hybrid đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon năm 1899 Nó được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp Xe Pieper là một kiểu xe lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì Ắc quy sẽ được nạp khi

xe đang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ Khi công suất dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, motor điện sẽ cung cấp thêm công suất cho động cơ Nó là một trong hai chiếc xe hybrid đầu tiên và là chiếc xe lai song song đầu tiên và không nghi ngờ rằng nó cũng là chiếc xe khởi động điện đầu tiên

Khái niệm xe lai điện thật sự trở nên hấp dẫn vào thập niên 90 khi một điều trở nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệm năng lượng Tập đoàn Ford Motor khởi động chương trình “Thách thức xe lai điện Ford” thu hút những

nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho sản xuất ô tô

Các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã xây dựng nhiều mẫu động cơ lai đạt đến tính tiết kiệm nhiên liệu thật tuyệt vời so với các phiên bản động cơ đốt trong trước đây Tại Mỹ, Dodge đã xây dựng mẫu xe Intrepid ESX 1, 2, và 3 ESX1 là xe lai điện

bố trí nối tiếp, công suất được cung cấp bởi động cơ diesel tăng áp nhỏ 3 xylanh và bộ nguồn ắc quy, 2 động cơ điện công suất 100 hp được đặt ở hai bánh sau.Nỗ lực của người châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện

cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750 cc và 2 motor điện Nó có thể đạt tốc

độ tối đa là 29.4 km/l (70 mpg) và đặc tính tăng tốc tương đương với kiểu xe truyền thống Volkswagen cũng cho ra mẫu Chico, về cơ bản nó là một chiếc xe điện, với bộ

ắc qui nickel–metal hydride và một động cơ kích từ ba pha Một động cơ xăng nhỏ hai

xy lanh dùng để nạp lại cho ắc quy và cung cấp thêm công suất khi hoạt động tốc độ cao.Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo

ra bởi các nhà sản xuất người Nhật Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius

ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid Những chiếc xe trên hiện đang lưu thông trên toàn thế giới Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên liệu tuyệt hảo Toyota Prius và các dòng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe

1.3 Ý nghĩa của xe hybrid

1.3.1 Ti ết kiệm nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt

Hầu hết nhiên liệu sử dụng cho phương tiện giao thông là nhiên liệu lỏng được chiết suất từ dầu mỏ là nhiên liệu hóa thạch được hình thành sau 400- 600 triệu năm Chính vì vậy dầu mỏ là nguồn nhiên liệu có hạn Mặt khác lượng tiêu thụ nhiên liệu

của thế giới tăng lên nhanh chóng hàng năm theo đà tăng trưởng kinh tế

Hình 1.2 Lượng tiêu thụ nhiên liệu trong các năm

Hình 1.3 Lượng tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới

Theo biểu đồ 1.2 và 1.3 ta có thấy sự tăng lên nhanh chóng lượng sử dụng của thế giới theo xu hướng phát triển ngày càng cao Và cũng theo hình 1.3 ta còn thấy lượng nhiên

liệu dầu mỏ được sử dụng chủ yếu vào lĩnh vực giao thông vận tải

B ảng 1.4 Thống kê nguồn năng lượng năm 2000

Mặt khác theo bảng 1.3 ta có thể thấy được lượng dầu mỏ còn lại chưa được phát hiện và chưa được khai thác trên thế giới Như vậy nguồn năng lượng hóa thạch

chỉ đủ duy chì đến năm 2038 như hình 1.4 Bởi vậy mà trong gia đoạn hiện nay yêu

cầu cấp thiết của ngành giao thông vận tải là tìm các giải pháp để giải quyết vấn đề năng lượng trong tương lai

Tìm và phát tri ển nguồn năng lượng mới : Phát triển các nguồn năng lượng sạch

có sẵn trong tự nhiên như : năng lượng gió, năng lượng điện mặt trời Ưu điểm của

những nguôn năng lượng này là năng lượng hoàn toàn sạch với môi trường, có khả cung cấp trong thời gian dài Nhược điểm giá thành khai thác lớn, khó có thể khai thác

với công suất lớn

Phát triên các nguôn năng lượng kết hợp với nguồn năng lượng dầu mỏ để giảm bớt sự

phụ thuộc và năng lượng dầu mỏ như Ethanol Đây là loại xăng pha cồn sinh học, sẽ

làm giảm bớt khí thải C02 ra không khí, là một loại nhiên liệu thân thiện hơn với môi trường, đông thời người tiêu dùng sẽ tiết kiệm chi phí so với giá xăng thông thường (A92)

Phát triên các nguôn năng lượng thay thế hoàn toàn không phụ thuộc vào năng

lượng dâu mỏ cũng đang rât phổ biến Một số loại đã được áp dụng trong thực tế Các phát triển về năng lượng thay thế trong giai đoạn hiện nay là:

Biodiesel: Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính

chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất tò dầu mỏ mà tò dầu thực

vật hay mỡ động vật Biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch Mặt khác chúng không độc và dễ phân giải trong tự nhiên

Biogas: là 1 loại khí sinh học, được sản xuất từ việc lên men yếm khí các loại phân hữu cơ hay xác động, thực vật

Khí hoá lỏng LPG, Khí thiên nhiên nén CNG: Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là Propan (C3H8) và Butan (C4H10), thành phần hóa học của CNG chủ yếu là Metan (CH4) và các Hydrocacbon khác như là Etan, Propan

Hydro: Là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên Đặc điểm quan trọng của hydro là sản phẩm cháy của chúng chỉ là

Như vậy các nguồn năng lượng mới đang phát triển đều có ưu điểm chung là nhiên liệu sạch thải ra ít chât độc hại hơn năng lượng dầu mỏ Nhưng các nguồn năng lượng này chưa thê thay thê được nhiên liệu dầu mỏ vì vẫn còn nhiều các tồn tại cần

giải quyết: chưa thê sản xuât trên quy mô lớn như biogas, ảnh hưởng an ninh lương

thực như biodiezel, ethanol, đang còn tôn tại trong vấn đề công nghệ và giá thành như Hydro khí hóa lỏng LPG

Sự phát triên của các phương tiện hiện tại: Hiện nay đi đôi với việc phát triển các phương tiện mới ưu việt hơn, tối ưu các phương tiện hiện tại cũng là một giải pháp

vô cùng hữu hiệu:

Hoàn thiện động cơ diezel; Các kỹ thuật mới để nâng cao tính năng của nó bao

gồm áp dụng hệ thông phun commonrail điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả băng hoặc nâng cao chât lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp

Ô tô chạy băng các loại nhiên liệu lỏng thay thế: Các loại nhiên liệu lỏng thay

thế hiện nay là cồn, colza, có nguồn từ thực vật Do thành phần c trong nhiên liệu

thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2 Ngày nay việc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao ảnh hưởng an ninh lương thực

Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên: có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe

ô tô đó là khí thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng Một trong

những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô

tô

Ô tô chạy bằng điện: ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môi trường không khí trong thành phố Tuy nhiên ô tô điện vẫn còn

nhiều vấn đề cần giải quyết khi lượng điện dự trữ trong ắc quy chưa được cao Sự phát triển xe chạy băng pin nhiêu liệu: công nghệ pin nhiên liệu có thể được phát hiện vào năm 1839 bởi ông William Grove, và trong quá trình phát triển dài đến ngày nay o tô lai (hybrid): ô tô lai là loại ô tô sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau Trong khi các giải pháp sử dụng ô tô chạy hoàn toàn bằng điện còn nhiều bất

cập thì ô tô hybrid sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong tỏ ra có nhiều ưu thế

nhất Ô tô lai dạng này sử dụng động cơ điện một chiều chạy bằng ắc quy được nạp điện bằng điện lưới khi ô tô dừng và nạp điện bổ sung từ cụm động cơ đốt trong -mát phát điện mọt chieu bo trí trên xe Động cơ đôt trong chỉ làm việc ở chế độ ổn định nên hiệu suất đạt được là tối ưu Động cơ nhiệt ở đây có thể là động cơ Diesel hay động cơ nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí dâu mỏ hoá lỏng LPG) Chính vì vậy ô tô lai điện- động cơ đôt trong ngoài ưu điêm có mức độ phát ô nhiễm thấp còn có hiệu

suất sử dụng năng lượng rất cao Do đó xe hybrid chính là xu hướng phát triển chính

của xe hơi hiện đại ngày nay

1.3.2 Gi ảm lượng khí xả ô nhiễm môi trường

Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường cùng với sự nóng lên của Trái đất đã trở thành vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của mỗi chúng ta Một trong các nguyên nhân của ô nhiễm môi trường cũng như sự nóng lên

của Trái đất là lượng khí xả ô nhiễm từ các động cơ đốt trong trên các phương tiện giao thông vận tải Cùng với xu hướng sử dụng xe hơi không ngừng tăng lên như hiện nay

sẽ là vấn nạn ô nhiễm môi trường trầm trọng nếu chúng ta không có biện pháp xử lý

kịp thời Chính vì vậy ngày nay tại các quốc gia có nền sản xuất xe hơi phát triển cũng như tại Việt nam, tiêu chuẩn khí xả của xe hơi đã không ngừng được nâng cao nhằm

hạn chế tới mức tối đa lượng khí xả độc hại mà động cơ đốt trong thải vào môi trường Dưới đây là bảng tham khảo một sô tiêu chuẩn khí xả của Mỹ, Tây Âu, Nhật Bản và

Việt Nam

xả ô tô ở Mỹ theo thời gian đối với ô tô du lịch Giới hạn này được áp dụng ở hầu hết các bang trừ California và NewYork (những bang có yêu cầu khắc khe hơn) và đo theo quy trình FTP75 Các bang này cho thấy mức độ khắc khe của tiêu chuẩn tăng dần theo thời gian: nồng độ cho phép của CO từ 84g/dặm năm 1960 giảm xuống còn 3,4g/dặm hiện nay (giảm khoảng 25 lần); nồng độ HC cũng trong thời gian đó giảm từ

10,6g/dặm xuống còn 0,25g/dặm (giảm khoảng 40 lần); mức độ giảm NOx có thấp hơn, từ 4,1 xuống 0,4 (giảm khoảng 10 lần)

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn Mỹ đối với ô tô du lịch (tính theo g/dặm quy trình FTP75)

Với châu Âu

Mức độ phát sinh ô nhiễm cho phép đối với ô tô du lịch v

à ô tô tải hạng nhẹ theo quy trình thử ECE áp dụng ở cộng đồng Châu Âu cho ở bảng 1.6

Bảng 1.6 Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với ô tô tải hạng nhẹ

Để đảm bảo các tiêu chuẩn ngày càng khắt khe về phát thải như trên đòi hỏi mỗi chiếc ô tô hiện đại ngày nay không ngừng hoàn thiện Đã có nhiều biện pháp về mặt kết cấu được đưa ra như: hoàn thiện buồng đốt, hoàn thiện hệ thống nạp, xả, hoàn thiện

hệ thống đánh lửa, …Tuy nhiên nếu vẫn chỉ sử dụng động cơ đốt trong là nguồn động lực duy nhất thì trong quá trình làm việc chiếc xe không thể tự khắc phục được nhược điểm cố hữu của loại động cơ này là: đặc tính của động cơ đốt trong không phù hợp với

đặc tính tối ưu với nguồn động lực trên ô tô

Dựa vào đặc tính làm việc của động cơ trên hình vẽ, ta thấy động cơ đốt trong sẽ làm việc hiệu quả, với lượng khí xả ít nhất nằm trong đường hoạt động tối ưu Tuy nhiên trong thực tế trong quá trình sử dụng thì động cơ đốt trong phải làm việc với nhất nhiều chế độ làm việc khác nhau như: khởi động, tải nhẹ, tải trung bình, tăng tốc, tải

nặng…Những đặc điểm làm việc này của động cơ hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện

sử dụng khách quan như: tốc độ xe, độ dốc của đương, tải trọng của xe…Vì vậy những đặc điểm này nó sẽ làm động cơ đốt trong làm việc ở mọi phần trên đường đặc tính chứ không phải chỉ làm việc trong vùng đường hoạt động tối ưu

Hình 1.8 Đặc tính của động cơ đốt trong

Do đó lượng khí xả ô nhiễm môi trường của động cơ khó mà khắc phục triệt để

mặc dù đã nhiều biện pháp kết cấu để cải tiến kết cấu của động cơ Xe hybrid sẽ khắc

phục được nhược điểm căn bản của động cơ đốt trong bằng cách kết hợp động cơ đốt trong với một động cơ điện Khi có thêm một động cơ điện c ta có thể điều khiển chế

độ làm việc của động cơ đốt trong theo ý muốn, cụ thể là ta sẽ chỉ cho động cơ đốt trong làm việc trong đường làm việc tối ưu mà thôi Khi đó rõ ràng thì lượng khí thải ô nhiễm từ động cơ đốt trong được giảm rõ rệt Vì vậy xe hybrid đang là xu hướng chủ đạo của nền công nghiệp ô tô hiện nay

1.4 Đặc điểm của xe Hybrid HEV

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hybrid

Trên đây là sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của loại xe HEV Động cơ điện được sử dụng để khởi động xe, trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe tăng tốc cực đại hoặc leo dốc Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy Không giống như các phương tiện sử dụng động cơ

điện khác, động cơ HEVs không cần nguồn điện bên ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung

cấp năng lượng cho ắc quy khi cần thiết

Các ch ế độ làm việc của hệ thống Hybrid :

− Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ này được sử dụng trong vùng tối ưu của động cơ đốt trong Khi xe đạt đến một tốc độ đã được xác 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 bằng động cơ đốt trong

− Động cơ điện một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ này được sử

dụng khi xe chạy ở chế độ khởi hành, vận hành xe ở tốc độ thấp, hay địa hình hạn chế phát thải ô nhiễm Do đặc tính của động cơ điện có mômen lớn ở số vòng quay thấp nên tận dụng được mômen Khi ở số vòng quay thấp động cơ đốt trong có mức tiêu thụ nhiên liệu lớn do đó sử dụng động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu ,và không phát sinh phát thải độc hại

− Cả hai động cơ đốt trong và điện truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ này được sử dụng trong quá trình tăng tốc hay leo dốc Khi xe tăng tốc đến tốc độ mà động

cơ đốt trong vượt ra khỏi dải tối ưu thì động cơ điện lại được khởi động bổ sung năng lượng giúp đẩy xe Công suất hai động cơ được kết nối đẩy xe tăng tốc cực đại hay cần mômen để vượt dốc

− Ắc quy thu năng lượng từ tải (phanh tái sinh) Trong quá trình phanh năng lượng được thu hồi và lưu tại pin để tái sử dụng sau thông qua một động cơ điện Năng lượng 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 điện năng nạp điện cho ắc quy

− Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong Chế độ mà động cơ đốt trong nạp năng lượng cho pin khi xe dừng lại lúc đó không có năng lượng đi tới tải hoặc khi ắc quy cần nạp điện Khi xe dừng lại động cơ đốt trong có thể được tắt, nhưng nếu ắc quy

cần nạp điện thì năng lượng từ động cơ không truyền tới bánh xe mà truyền qua động

cơ điện để nạp cho ắc quy

− 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

− Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thời Khi ắc quy cần

nạp 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

− Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới ắc quy và động cơ điện nhận năng lượng từ ắc quy truyền tới tải

− Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và tải truyền năng lượng tới ắc quy thông qua động cơ điện

Theo cách phối hợp công suất giữa động cơ nhiệt và động cơ điện ta có thể phân loại

xe hybrid HEV thành 3 cấu hình: Cấu hình nối tiếp, cấu hình song song, cấu hình hỗn

hợp

1.5.1 C ấu hình nối tiếp

Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động

cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc-quy hoặc cung cấp cho động cơ điện

Hình 1.10 H ệ thống hybrid nối tiếp

Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp ắc-quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng)

khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh

Hình 1.11 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp

Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên

giảm được ô nhiễm môi trường, Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối

ưu, phù hợp với các loại ôtô Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xe chạy đường

dài quá quãng đường đã quy định dùng cho ăcquy Sơ đồ này có thể không cần hộp số

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 đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải

1.5.2 C ấu hình song song

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơ nhiệt và motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo các điều

kiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền moment chính còn motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc

Kiểu này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc-quy trong các chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể khởi động động 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 lượng bình ắc-quy

nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn

hợp

Nhược điểm: Động cơ điện cũng như bộ phận điều khiển motor điện có kết cấu

phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nối

tiếp Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao

Hình 1.12 H ệ thống hybrid song song

Hình 1.13 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song

1.5.3 C ấu hình hỗn hợp

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 lai nối tiếp này có một bộ phận gọi là "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục 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 Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo

xe hybrid

Hình 1.14 H ệ thống hybrid hỗn hợp

Đê đánh giá mức độ sử dụng năng lượng cấp từ các nguồn ắc quy- động cơ điện và động cơ đốt trong người ta sử dụng tỉ lệ hybrid Tỉ lệ hybrid là tỉ lệ công suất của động

cơ điện trên công suất của ô tô được thể hiện bằng công thức:

Trong đó : EHR là tỉ lệ sử dụng phần năng lượng điện so với năng lượng toàn bộ của

e

e m

P CHR

=+

m

e m

P EHR

=+

lực phân lớn vân là do động cơ đốt trong cung cấp, nhưng động cơ điện cung đa dong gop một phân không nhỏ và tông công suât của xe Trên xe hybrid hoàn toan, Đọng cơ điẹn đong vai trò chủ đạo cung câp công suât cho hệ thống truyền lực nguồn công suất động cơ giảm dần Đối với động cơ nối tiếp 100% công suất cung cấp được lấy tò động

cơ điện như trên hình 1.14

Hình 1.15 Phân lo ại xe hybrid

Hình 1.14 minh họa về tỉ lệ các thành phần năng lượng theo mức độ hybrid của các loại ô tô khác nhau

Nh ận xét: Qua các phân tích về mức độ hybrid thì hybrid nối tiếp có mức độ

hybrid cao nhất, yêu cầu công suất của tải được cung cấp hoàn toàn bằng động cơ điện, hybrid song song có mức độ hybrid cao do công suất yêu cầu được cung cấp chủ yếu

bằng động cơ điện còn động cơ đốt trong chỉ đóng góp một phần công suất

1.7.Đặt vấn đề nghiên cứu

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về ô tô hybrid Trong công trình nghiên cứu “Modern electric vehicle”, tác giả Mehrdad Ehsani đã phân tích các cấu hình khác nhau về xe hybrid, trong công trình tác giả đã nghiên cứu các kết cấu của bộ

kết nối giữa động cơ đốt trong và động cơ điện trên xe hybrid Tác giả Yuagun Huang

đã nghiên cứu “Optimal torque distribution control strategy for parallel Hybrid electric Urban”, trong đó tác giả đã phân tích các phương pháp điều khiển dòng năng lượng trên xe hybrid song song Tác giả Niel J.Schouten trong bài báo “Energy management strategies for PHEV using fuzzy logic”, đã sử dụng công cụ logic mờ trong tính toán điều khiển việc phân bố năng lượng trên xe hybrid có cấu hình song song Trong công trình “Electric Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles 2nd Edition của tác giả Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Ali Emadi đã nghiên cứu về các chế độ làm việc của hybrid , thiết

kế hệ thống truyền lực hybrid cấu hình song song

Ở nước ta, những năm gần đây đã nhập khẩu một số loại xe hybrid của các hãng như: Toyota, Honda, Isuzu Tuy nhiên các tài liệu hướng dẫn sử dụng, sửa chữa bảo dưỡng không có đầy đủ gây khó khăn cho người sử dụng cũng như các kỹ thuật viên

sửa chữa Các công trình nghiên cứu trong nước về hybrid cũng còn rất ít, chủ yếu là các bài báo phân tích sự cần thiết của xe hybrid, nguyên lý hoạt động của xe hybrid

Từ các phân tích trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song’

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm:

- Đặc điểm hệ truyền động và các chế độ sử dụng nguồn năng lượng của xe hybird

- Cấu hình truyền động song song của xe hybrid;

- Xây dựng mô hình tính toán động lực học xe hybrid có cấu hình truyền động song song

Nội dung nghiên cứu của luận văn được trình bày qua các chương

Chương 1: Tổng quan về xe hybrid

Trong chương này trình bày trình bày khái niệm xe hybrid, ý nghĩa của xe hybrid trong điều kiện sử dụng hiện nay Nhiên liệu truyền thống là dầu mỏ đang dần

cạn kiệt, tiêu chuẩn phát thải tại các quốc gia ngày càng nghiêm ngặt Tuy nhiên chưa

có nguồn nhiên liệu nào thay thế hoàn toàn được cho dầu mỏ Vì vậy có thể thay thế 1

phần bằng cách kết hợp động cơ đốt trong với một nguồn năng lượng khác trên xe hybrid để tiết kiệm nhiên liệu

Chương 2: Đặc điểm của xe hybrid cấu hình song song

Trong chương này trình bày các chế độ làm việc chính của xe hybrid;các bộ

phận chính trong truyền lực hybrid như: động cơ đốt trong, động cơ điện, ắc quy, bộ

kết nối, hộp số; các chiến lược điều khiển trong quá trình làm việc của xe hybrid

Chương 3: Xây dựng, đánh giá tính chất động lực học của xe hybrid có cấu hình truyền động song song

Trong chương này trình bày cách xây dựng các tính chất động lực học của ô tô như: lực kéo tại bánh xe chủ động, nhân tố động lực học, gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đường tăng tốc của động cơ đốt trong, mô tơ điện và chế độ hybrid Từ đó đánh giá từng thông số động lực học này

Nội

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID

SONG SONG 2.1 Sơ đồ truyền lực hybrid song song

Hình 2.1 Sơ đồ chung của truyền lực hybrid

Dựa vào sơ đồ trên ta thấy với cấu trúc của xe hybrid cấu hình song song sẽ

Ắc quy: có vai trò dự trữ năng lượng điện

Bộ kết nối: có vai trò kết nối công suất từ 2 nguồn là động cơ đốt trong và động

cơ điện đến với bộ truyền cơ khí trên xe

Bộ truyền cơ khí: có vai trò truyền công suất từ bộ kết nối đến bánh xe chủ động

2.2.Các chê độ hoạt động của xe hybrid song song

Do có 2 nguồn động lực là động cơ đốt trong và động cơ điện nên trong quá trình làm việc xe hybrid có một số chế độ làm việc sau:

- Chê độ một mình động cơ đốt trong cung cấp công suất cho tải Trường hợp này

có thê sử dụng khi ăc quy gân như hoàn toàn kiệt và động cơ có thể hoàn toàn cung

cấp đủ yêu cầu phụ tải

- Xe chạy hoàn toàn bằng năng lượng ắc quy động cơ được tắt hoàn toàn, chế độ này được kích hoạt trong trường họp động cơ hoạt động không hiệu quả như ở tốc độ

rất thấp hay trong vùng khí thải cao

-Động cơ đôt trong ,động cơ điện kết hợp cung cấp lực kéo(chế độ hybrid) được sử

dụng khi cần một công suất lớn như khi tăng tốc mạnh hoặc khi leo dốc

- Quá trình phanh tái sinh: Động năng của chiếc xe bị thu hồi thông qua một máy phát điện Năng lượng thu hồi sẽ được sạc vào pin và sẽ được sừ dụng sau này

- Chếđộ nạp điện cho ăc quy Tùy theo phương án điều khiển nguồn năng lượng

của ăc quy Một là luôn duy trì ở trạng thái no, hai là được giới hạn bởi hai ngưỡng

của năng lượng ăc quy dự trữ mà có các chế độ nạp cho ắc quy phù hợp

2.3Các c ụm chi tiết chính trên cấu hình hybrid song song

2.3.1Động cơ nhiệt:

Là nguồn động lực chính, ở ôtô hybrid có thể dùng động cơ xăng, động cơ Diesel, động cơ Hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu Động cơ đốt trong, hộp số của ôtô hybrid (Toyota Prius).Động cơ đốt trong sử dụng trong xe hybridcó thể là động cơ xăng hay động cơ diezel giông như động cơ đôt trong sử dụng trên ô tô thông thường Động cơ xăng có đường đặc tính mômen - tốc độ được trình bày trên hình 2.3 Khi

động cơ làm việc trong dải tôc độ nMin đên nM là không ôn định vì khi làm việc trong vùng này khi tải trọng tăng thì mômen xoắn và tốc độ động cơ đều giảm dẫn đến chết máy Vùng hoạt động ổn định của động cơ là từ nM đến nMax, trong vùng này mặc dù

tải trọng tăng thì tốc độ của động cơ vân tăng, nhưng mômen của động cơ giảm dần vì

vậy cần có hộp số để tăng trị số mômen

Hình 2.4 trình bày đường đặc tính cục bộ của động cơ xăng, Đây là họ các đường biểu diên giá trị mômen xoăn của động cơ xăng với mỗi độ mở bướm ga khác nhau Mômen xoan cua động cơ tỉ lệ thuận với độ mở bướm ga tức là độ mở bướm ga càng lớn thì động cơ có mômen xoắn càng lớn

Hình 2.2 Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng

Hình 2.3 Đường đặc tính cục bộ động cơ xăng

Hình 2.3 biểu diễn đặc tính tiêu hao nhiên liệu của động cơ đốt trong Tiêu hao nhiên liệu của động cơ phụ thuộc và tốc độ, mômen xoắncủa động cơ tương

chế độ tải hay độ mở bướm ga khác nhau Trên hình 2.4 động cơ có vùng làm việc

tiết kiệm nhiên liệu nhât là 250g/kw với hiệu suất nhiệt là 34,3% tương ứng với dải mômen 180 - 210 (Nm) và tôc độ động cơ 1800- 3000(vòng/phút) Vì vậy muốn nâng cao hiệu suất của đọng cơ cung như tiêt kiệm nhiên liệu thì động cơ phải hoạt động trong vùng làm việc này Nếu động cơ làm việc tại dải mômen xoắn và tốc độ càng xa vùng làm việc tối ưu thì càng làm giảm tính kinh tế nhiên liệu của động cơ

Tính kinh tế nhiên liệu của động cơ xăng phụ thuộc vào sự tác động của các

yếu tố là công suât, tôc độ và độ mở bướm ga, đặc điểm nhiên liệu, đặc điểm tiêu

thụ của động cơ , số lượng số truyền của hộp số, lực cản của xe, tốc độ xe và điều

kiện hoạt động Nhưng ba yếu tố quyết định tính kinh tế nhiên liệu của động cơ đốt trong là tốc độ động cơ, mômen xoắn và độ mở bướm ga Trong trường hợp

Hình 2.4 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động cơ xăng

thông thường động cơ có vùng hoạt động nằm ngoài vùng hoạt động này dẫn đến tiêu tốn nhiều công suất và cho hiệu quả kinh tế nhiên liệu không cao như được

biểu diễn trên hình 2.9 là vùng thường xuyên hoạt động của động cơ Trên xe hybrid PHEV động cơ truyền công suất trực tiếp đến bánh xe chủ động nên phải làm việc trong một dải công suất - tốc độ Để động cơ hoạt động tiết kiệm nhất, người ta cho động cơ hoạt động trên đường nét đứt như biêu diễn hình 2.9 gọi là tính tiêt kiệm nhiên liệu của ô tô hybrid được thể hiện trực tiếp qua các hệ thống lai VD: HSD của toyota với một động cơ V6 (3.3 lít) sử dụng công nghệ này cho ra công suât băng động cơ V8(4,4 lit) với sự phát xạ chất gây ô nhiễm thấp hơn mức cho phép Hay phiên bản xe tải của Isuzu ELF có thể tiết kiệm được 35% mức tiêu thụ nhiên liệu trên đường trường và 15% khi di chuyển trong thành phố với nồng độ khí xả giảm 25%

Hình 2.5 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào công suất sử dụng

2.3.2 Mô tơ điện

Hiện nay, động cơ điện trang bị trên ôtô có rất nhiều loại khác nhau như: Động cơ

một chiều có chổi than, động cơ xoay chiều không đồng bộ, động cơ xoay chiều đồng

bộ, động cơ xoay chiều từ trở và động cơ một chiều không chổi than Xét về đặc tính

cơ của động cơ điện thì động cơ điện một chiều sẽ cung cấp một mômen kéo tốt hơn động cơ điện xoay chiều (H2.6).Động cơ điện một chiều có mômen khởi động lớn phù

hợp với đặc tính lý tưởng của xe Tuy nhiên loại động cơ điện một chiều có chổi than thì tuổi thọ không cao, trong quá trình vận hành đòi hỏi phải bảo dưỡng chổi than Còn động cơ điện một không chổi than thì có rất nhiều ưu điểm nhưng giá thành cao và cũng chưa được phổ biến trên thị trường Động cơ xoay chiều có nhược điểm là hệ

thống điều khiển phức tạp, cần có bộ biến tần để biến đổi điện một chiều (DC) từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho động cơ

Theo cách kích thích từ thì động cơ điện một chiều có rất nhiều loại Theo cách phân loại này thì có các loại động cơ điện như:

+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Bao gồm động cơ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hay kích thích điện từ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cữu chỉ dùng cho các loại động cơ có công suất nhỏ (cỡ vài chục W) Loại kích thích điện từ có dây quấn lấy điện từ ắc quy lưới điện một chiều và được dùng trong trường hợp điều

chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn và điện áp thấp hoặc điện áp cao

Hình 2.6 : Đường đặc tính của ba loại động cơ điện

Đường1- Đặc tính của động cơ điện một chiều

Đường 2- Đặc tính AC đồng bộ

Đường 3- Đặc tính AC không đòng bộ

+ Động cơ điện một chiều tự kích thích: Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích ta có:

- Động cơ điện một chiều kích thích song song

- Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp

- Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp

một nguồn kích thích phụ bên ngoài, điều này sẽ gây khó khăn trong việc bố trí và sắp

xếp các chi tiết nên ta không chọn loại động cơ điện loại này

Hình2.8 :Đường đặc tính của các loại động cơ điện 1 chiều

R dc I t

H2.8 chỉ ra đặc tính của : 1-động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp mắc thuận, 2-động cơ

1 chiều kích từ song song, 3-động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp, 4-động cơ kích từ hỗn

hợp mắc nghịch Trong các đặc tính trên chỉ có động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp có

dạng hypebol khi n thấp ta vẫn có M lớn Đặc tính này thích hợp với điều kiện khởi hành của ôtô do đó ta sử dụng loại động cơ này

Hình 2.9 :Sơ đồ mạch tương ứng của động cơ điện kích từ nối tiếp

Tuỳ theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc Trong các loại đặc tính thì quan

trọng nhất là đặc tính cơ: là đặc tính biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (n = f(M)) khi U = const

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng của đường Hyperbol bậc hai Ta thấy rằng ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ n

giảm rất nhanh khi mômen M tăng và khi mất tải (I = 0, M = 0) có trị số rất lớn Cũng

vì vậy mà thường ít dùng động cơ điện một chiều trong các trường hợp dễ xảy ra mất

tải như dùng đai truyền Vì khi xảy ra mất tải thì tốc độ của động cơ sẽ tăng đột ngột

rất nguy hiểm Với đặc tính cơ mềm mại như vậy, động cơ điện một chiều rất có ưu

việt trong những điều kiện cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong một phạm

vi rộng Ví dụ ở các đầu máy kéo tải (xe điện, đầu máy điện, cần trục )

song sử dụng bộ hộp số hành tinh thay cho hộp số cơ khí Vì hộp số hành tinh có kết

cấu nhỏ gọn, phù hợp với không gian bố trí trên xe hybrid

Với một hộp số hành tinh được ứng dụng và nhờ sự trợ giúp của động cơ điện thì động cơ đốt trong luôn được chuyển động trên đường đặc tính tối ưu của

nó nâng cao khả năng tiêt kiệm nhiên liệu Câu tạo của hộp số tự động bao gồm bánh răng mặt trời nằm ở giữa, các bánh răng hành tinh nhỏ ăn khớp và xoay quanh bánh răng mặt trời được lăp với các giá đỡ, cuối cùng là vành răng bao bên ngoài bao quanh, ăn khớp với các bánh răng hành tinh như hình 2

Hình 2.10 Bánh răng hành tinh

Vòng răng thường được chế tạo thêm các rãnh ở mặt ngoài để ăn khớp với các đĩa ma sát của ly hợp như vậy các đĩa ma sát sẽ ăn khớp với vòng răng Cả ba thành phần này đêu có khả năng đóng vai trò nhận mô-men, truyền mô-men hoặc

có thể cố định bởi vậy tỷ số truyền được thay đổi

2.3.4 Ắc quy

Ắc quy sử dụng trên xe hybrid là ắc quy điện hóa Nó là thiết bị điện hóa giúp