Nhom 3 Hybrid

 

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM   KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 

BÁO CÁO CUỐI KÌ 

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ  Đề tài: XE HYBRID  GVHD: Thầy Nguyễn Trung Hiếu  Nhóm thực hiện: Nhóm 3  SVTH:

và tênKhang   Đặng Họ Nguyên Tăng Gia Cường    

MSSV 18145367

18145317

Phạm Công Hiếu  Lâm Anh Khoa  

18145376

Phan Đình Thắng 

18145456

Hoàng Công Danh 

14145027

18145352

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 2 năm 2020

 

Ý KIẾN NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ  1.   Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việ c của sinh viên

.......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............  2.   Nhận xét về kế   t quả thự   c hiệ n của đề tài   2.1. K ếế t  cấu, cách thức trình bày đề  tài:

.......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............

 

2.2.  N  dung đề  tài:  lý luận, tính thự c tiễn và khả năng ứ ng ng d ụng c ủa đề  tài, các hướng nghiên cứ u (Cơ sở ội  tiế   p t ục có thể  ti ục phát triể nn)) ................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................

2.3. K ếế t  quả đạt đượ cc::

....................................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ 2.4. Nhữ ng ng t ồn t ại (nếu có): 

.......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............

 

MỤC LỤC  CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ DÒNG XE HYBRID ........................................................................................ 1 1.1. Giớ i thiệu tổng quan về dòng xe Hybrid:  ................................................................................................ 1 1.1.1. Lịch sử:  ...................................................................................................................................... 1 1.1.2. Ưu Điểm và nhược điểm:  ........................................................................................................... 1 1.1.3. Xu hướ ng ng của hiện tại và tương lai:  ............................................................................................ 2 1.2. Các dạng d ẫn ẫn động của xe:  ..................................................................................................................... 2 1.2.1. Hệ thống Hybrid nối tiế p:  ........................................................................................................... 2   ....................................................................................................... 2

1.2.2. 1.2.3. H Hệ th  thống ng Hybrid Hybrid song hỗn hsong: ợ  p:  .......................................................................................................... 3 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘ NG HỌC VÀ MÔ HÌNH .............................................................................. 2 2.1. Bộ công suất trong động cơ Hybrid:  ....................................................................................................... 2 ......................... .......................... ................ 2 2.1.1. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ k ết nối momen: ......................... ....................... ......................... ..................... 3 2.1.2. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ k ết nối tốc độ: ....................... 2.1.3. Hệ thống truyền lực hybrid hỗn hợ   p:  .......................................................................................... 4

2.2. Mô hình:  ................................................................................................................................................ 4 CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG MÔ HÌNH HỆ THỐ NG  ..................................................................................... 5 .......................... .......................... .......................... ......................... ..................... 5 3.1. Phần mềm mô phỏng: ............................ 3.1.1. Giớ i thiệu phần mềm:  ................................................................................................................. 5 3.1.1.1. Matlab-Simulink:  ........................................................................................................... 3.1.1.2. Matlab-Stateflow: ...........................................................................................................

5 5

  ................................................................................................................... 6

3.1.2. 3.1.2.1. ng:   ................................................................................................................ Các khốiKhmô ối phỏ Strategy:

6

Khối Engine:  .................................................................................................................. 6 Khối Solver Conguration: ............................................................................................... 7 Khối Power split:............................................................................................................ 8 Khối Electric Generator: ................................................................................................. 8 Khối Vehicle Dynamics:  ................................................................................................ 9 Khối Electric Motor:  ...................................................................................................... 9 Khối DC: DC Conventer:  ............................................................................................. 10 Khối Battery:................................................................................................................ 10 3.1.3. Các bước mô phỏng:  ................................................................................................................ 10 3.2. Mô hình mô phỏng:  .............................................................................................................................. 11 3.2.1. Hệ thống Hybird nối tiế p:  ......................................................................................................... 11 3.2.1.1. Mô hình:  ...................................................................................................................... 11 3.2.1.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống:  .................................................................................. 13 3.2.2. Hệ thống Hybrid song song:  ..................................................................................................... 13 3.2.2.1. Mô hình:  ...................................................................................................................... 13 3.2.2.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống:  .................................................................................. 15 3.2.3. Hệ thống Hybrid hỗn hợ   p:  ........................................................................................................ 15 3.2.3.1. Mô hình:  ...................................................................................................................... 15 3.2.3.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống:  .................................................................................. 18 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI  .............................................................................................................. 19 4.1. K ết luận mô hình mô phỏng:  ................................................................................................................ 19 4.2. K ết luận đề tài:  ..................................................................................................................................... 20 4.2.1. Tính kinh tế của xe Hybrid:  ...................................................................................................... 20 ........................ ......................... ....................... 20 4.2.2. Xu thế phát  phát triển Hybrid ở  các nước phát triển: .......................... TÀI LIỆU THAM KHẢO  ........................................................................................................................... 22 3.1.2.2. 3.1.2.3. 3.1.2.4. 3.1.2.5. 3.1.2.6. 3.1.2.7. 3.1.2.8. 3.1.2.9.

 

 

MỤC LỤC HÌNH Ả NH

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu nối tiế p........... ...................... ...................... ................. ...... 2 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu song song .......... ...................... ...................... ............. ... 3 Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu hỗn hợ  p........... ....................... ...................... ............... ..... 4 Hình 2.1: Sơ đồ một thiết bị k ết nối momen ........... ...................... ...................... ...................... .............5 .................... ...................... ................... ........ 5 Hình 2.2: Một số thiết bị k ết nối momen ............................... Hình 2.3: Sơ đồ một thiết bị k ết nối tốc độ ............ ......................... .......................... ...................... .........6 Hình 2.4: Hệ  bánh  bánh răng hành tinh .......... ...................... ...................... ...................... ....................... ................. ...... 6 Hình 2.5: Mô tơ có stato độ ng ........... ....................... ....................... ...................... ...................... ..................... .......... 6 Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen k ẽ momen và tốc độ vớ i hệ  bánh  bánh răng hành tinh ............................................................................. 7 Hình 3.1: Sơ đồ khối Strategy .................................................................. 9 Hình 3.2: Khối Engine ............................................................................. 9 Hình 3.2.1: Sơ đồ khối Engine management........................ management............. ...................... ................... ........ 10 Hình 3.2.2: Sơ đồ khối Engine ............................................................... 10 Hình 3.3: Bảng thông số khối Conguration ......................... .............. ...................... ................... ........ 10 ..................... ...................... ...................... ............. 11 Hình 3.4: Tỉ số truyền của khối Power split.......... Hình 3.5: Sơ đồ khối Electric Generator ........... ....................... ....................... ...................... ............... .... 11 Hình 3.6: Sơ đồ khối Vehicle Dynamics ................................................ 12 Hình 3.7: Sơ đồ khối Electric Motor ...................................................... 12 Hình 3.8: Sơ đồ khối DC:DC Conventer ........................... ................ ...................... ..................... .......... 13 Hình 3.9: Sơ đồ khối Battery ............ ....................... ...................... ...................... ....................... ..................... ......... 13 Hình 3.10: Mô hình hệ thống Hybrid nối tiế p ........... ...................... ...................... ................... ........ 14 Hình 3.11: Đồ thị công suất động cơ điện và xăn g Hybrid nối tiế p......... 14 Hình 3.12: Đồ thị tốc độ tr ục quay Hybrid nối tiế p........  p.................... ....................... ............. .. 15 Hình 3.13: Đồ thị năng lượng điện hao phí Hybrid nối tiế p .......... .................... .......... 15 Hình 3.14: Đồ thị lượng nhiên liệu sử d ụng Hybrid nối tiế p ........... ................... ........ 15 ong ........... ...................... ...................... ............... .... 16 Hình 3.15: Mô hình hệ thống Hybrid song ssong Hình 3.16: Đồ thị công suất động cơ điện và xăn g Hybrid song song ..... 17 Hình 3.17: Đồ thị tốc độ tr ục quay Hybrid song song............ ....................... ................. ...... 17 Hình 3.18: Đồ thị năng lương điện hao phí Hybrid song s ong song .......... ................ ...... 17 Hình 3.19: Đồ thị lượng nhiên liệu sử d ụng Hybrid song song ........... ............... .... 18 Hình 3.20: Mô hình hệ thống Hybrid hỗn hợ  p ............ ....................... ...................... ................. ...... 19 Hình 3.21 : Đồ thị công suất động cơ điện và xăn g Hybrid hỗn hợ  p....... 19 Hình 3.22: Đồ thị tốc độ tr ục quay Hybrid hỗn hợ  p........... ...................... ..................... .......... 19 Hình 3.23: Đồ thị năng lượ ng ng hao phí Hybrid hỗn hợ   p............ ....................... ............... .... 20 Hình 3.24: Đồ thị lượng nhiên liệu sử d ụng Hybrid hỗn hợ  p .......... .................. ........ 20 ............... ...................... ..................... .......... 22 Hình 4.1: Sơ đồ chạy mô hình mô phỏng ..........................  

 

CHƯƠNG 1  TÌM HIỂU VỀ DÒNG XE HYBRID 1.1. Giớ i thiệu tổng quan về dòng xe Hybrid:  1.1.1. Lịch sử :  Những chiếc xe lai đầu tiên đượ c triển lãm ở  Paris Salon năm 1899. Nó đượ c 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 v ớ i một động cơ xăng nhỏ làm mát  bằng gió đượ c hỗ tr ợ  thêm một động cơ điện và các ắc quy chì.   Một người Pháp tên là Camille Jenatzy đã giớ i thiệu một chiếc xe lai song song tại Paris Slon vào năm 1903.  1903. Chi  Chiếc xe này kết hợ   p một động cơ xăng 6 hp và một động cơ điện 14 hp, nó có thể nạ p lại cho ắc quy từ động cơ hoặc có thể hỗ tr ợ  ợ  động cơ.  Một người Pháp khác tên là H.Krieger chế tạo một chiếc xe lai kiểu nối tiế p thứ hai vào năm 1902.  1902. Thi  Thiết k ế của ông dùng hai motor DC dẫn động hai bánh trước, chúng lấy năng lượ ng ng từ 44 ngăn ắc quy chì, chúng đượ c nạ p lại bằng một máy phát điện một chiều d ẫn ẫn động bởi động cơ sử d ụng cồn đánh lửa cưỡ ng ng bức.  Những xe lai khác, cả hai kiểu song song và nối tiếp đã đượ c chế tạo suốt khoảng ụng trong các thiết k ế  thờ i gian từ 1899 đến 1914. Mặc dù phanh điện đã đượ c sử d ụng đầu thời gian này nhưng nó không đề cập đến phanh phục hồi năng lượ ng. ng. Hầu hết, thậm chí tất cả các kiểu xe trên đều sử d ụng phanh điện động bằng cách ngắn mạch hoặc lắp đặt điện tr ở  ở trên phần ứng của motor kéo. Chiếc Lohner-Porsche (1903) là một ví dụ điển hình của phương án này.   - Những chiếc xe lai này không thể  cạnh tranh nổi với các động cơ xăng đượ c cải thiện đáng kể sau chiến tranh Thế giới I. Động cơ xăng có sự  cải thiện tột bậc về công suất. -Các động cơ trở  nên nhỏ hơn, hiệu quả hơn và không cần sự hỗ tr ợ  ợ c   của các motor điện trong thời gian dài. Sự tăng giá do thêm motor điện và sự độc hại từ ắc quy chì là hai yếu tố then chốt làm xe lai biến mất sau Chiến tranh Thế giớ i I. W akefield năm Thiết k ế xe lai nối tiếp đượ c hồi sinh bởi giáo sư Dr. Ernest H. Wakefield 1976, khi đang làm việc cho Linear Alpha Inc. Các mẫu xe lai khác đượ c chế tạo bở i tập đoàn Electric Auto vào năm 1982 và tập đoàn Briggs & Stratton 1980, cả hai đều theo kiểu bố trí song song.    phát triển và thương mại hóa xe lai điện đượ c tạo Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự  phát ra bở i các nhà sản xuất ngườ i Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở  Nh  Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid . Và tiế p tục phát triển cho đến hiện nay. 1.1.2. Ưu Điểm và nhược điểm: m: Ưu điể m: + Công nghệ Hybrid có tính kinh tế nhiên liệu cao đồng thời cũng góp phần giảm  phát thải CO2. + Một lợi ích khác của xe Hybrid là cực k ỳ yên tĩnh, bởi không cần phải sử d ụng động cơ mọi lúc để vận hành.  1

 

+ Xe Hybrid sử d ụng cả động cơ xăng và mô tơ điện trong quá trình tăng tốc góp  phần tăng tốc mượt mà, nhẹ nhàng và liền mạch. + Tiết kiệm nhiên liệu. Công nghệ  Hybrid của Toyota thể hiện hiệu quả nhiên liệu cao hơn so với xe thông thườ ng. ng. m:  Nhược điể m: + Giá thành cao.  + Công suất hạn chế hơn so với xe xăng hoặ c d ầu truyền thống. c b dưỡ ng ng giống như xe xăng/dầu hiện tại thì cần phải thay pin khi cạtnhhạvi  pinBên đã hế n ệsử d ảo ụng. 1.1.3. Xu hướ ng ng của hiện tại và tương lai:  Khi mà quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa toàn cầu như hiện nay thì việ c di chuyển, vận tải hàng hóa cũng phát triển chóng mặt. Do đó nhu cầu tiêu thụ  nhiên liệu xăng, dầu tăng cao. Một vấn đề mà chúng ta cần đối mặt chính là nhiên liệu sẽ cạn kiệt trong tương lai. Do đó tiế t kiệm nhiên liệu và năng lượng là yêu cầu hàng đầ u của mỗi quốc gia và thế giớ i. i.  Ngành công nghiệp ô tô cũng không nằm ngoài ngo ài vấn đề cấ p thiết trên. Nhiều hãng ên thế giới không ngừng tạo ra các mẫu xe tiết kiệm nhiên liệu. Ví sản xuất ô tô lớ n tr ên d ụ Toyota từ cuối 1997 đã ra mắ t mẫu xe Hybrid đầu tiên của thế giớ i Toyota Prius.

Sau cuộc sản xuất Civic sửd ụng động cơ Hybrid.  1.2. đó CácHonda dạng vào dẫn động của xe: 1.2.1. Hệ thống Hybrid nối tiếp: Khi động cơ hoạt động, nó truyền năng lương cho một máy phát điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc-quy và một sẽ chạy motor điện, bộ phận sẽ truyền năng lượ ng ng tới các trục xe. Đó đượ c gọi là hệ thông nói tiếp vì năng lượ ng ng truyền theo một quá trình liên tục (hay nói cách khác hoạt độ ng của động cơ và motor điện tiến hành lần lượ t). t). Trong sơ đồ nói tiếp, động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diesel) kéo máy  phát cung cấp điện cho ắc-quy và động cơ điện, ở  đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng đượ c chuyển đội từ hóa năng của nhiên liệu thành cơ năng làm quay rô -to của máy phát tạo ra điện năng và từ  điện năng chuyển thành cơ năng của bánh xe. 

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu nối tiế p 2

 

m: Ưu điể m: + Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở  ch  chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trườ ng. ng. + Động cơ đốt trong có thể  chọn ở  ch  chế độ tối ưu hơn, phù hợ   p với các loại ô tô.  m:  Nhược điể m: + K ích ích thước và dung tích Ắc-quy lớn hơn so vớ i hệ thống song song. + Động cơ đôt trong luôn làm việ c ở  ch  chế độ tải nặng để cung cấ p nguồn điện cho ắc-

 bị quá tải. quy1.2.2. nên dễ Hệ th ống Hybrid song song: Trong hệ thống song song, cả động cơ và motor điện cùng truyền lực tới các trục  bánh xe, mức độ tùy theo các điều kiện khác nhau. Đó đượ c gọi là hệ thống song song vì dòng năng lượ ng ng tới các bánh xe đi song song. Hệ thống này chỉ có 1 motor điện, do vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe, vừ a nạp điện vào bình ắc-quy. Khi nào motor điện làm nhiệm vụ của một máy phát điện, dòng điệ n ắc-quy sẽ thay thế vai trò của motor điện. Đối vớ i loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (điện và xăng hoặc diesel) đều đượ c k ết nối tr ực tiếp vào bánh xe và có thể  truyền động lực một cách độc lậ p hoặc đồng thời. Nói đơn giản là bánh xe có thể  đượ c d ẫn ẫn động một cách riêng biệt bằng hoặc động cơ xăng (diesel) hoặc cả hai. Động cơ điện có 2 chức năng động điệnnăng chính.cơChức thứ nhất là chuyển hóa điện năng đượ c cung cấ p từ ắc-quy thành cơ năng. Chức năng thứ hai là chuyển hóa ngượ c lại từ cơ năng thành điện năng để nạ p lại cho ắc-quy. Vì vậy, hệ thống song song có thể tận d ụng cả hai nguồn năng lượ ng ng một cách hiệu quả hơn.  Trong sơ đồ này, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiế p giữa động cơ đốt trong và bánh xe như ô tô thông thường còn có thêm động cơ điệ n truyền động đến bánh xe. Khi ô tô chạy trên xa lộ, nguồn d ẫn ẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt trong, động cơ điệ n sẽ  dùng khi gia tốc ô tô còn, khi chạy trong thành phố  nguồn d ẫn ẫn động chủ yếu là động cơ điện.

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu song song 2

 

m: Ưu điể m: + Công suất của ô tô sẽ mạnh hơn do sử d ụng cả hai nguồn năng lượ ng. ng. + K h hông ông cần dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán, lưỡ ng d ụng 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 đông trung gian.  + Động cơ điện đượ c sử d ụng ở  đây là loại đặc biệt có tính năng lưỡ ng ng d ụng, ụng, nó có thể khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để  nạp điện cho ắc-

quy, cung cấp năng lượng trong trườ ng ng hợ   p xe cần lên dốc hoặc tăng tốc. m:  Nhược điể m:   + Phức tạp và chi phí cao. + Cần một khớ   p nối cơ khí giống như vi sai.  1.2.3. Hệ thống Hybrid hỗn hợ p: p: Hệ thống này kết hợ   p cả 2 hệ thống nối tiếp và song song nhằ m tận d ụng tối đa năng lượng có ích được sinh ra. Nó có 2 motor, và tùy từng điề u kiện khác nhau mà xe lắ p hệ thống k ết hợ   p sẽ sử d ụng ụng đồng thờ i cả motor điện và động cơ điệ n hay chỉ  ụng năng lượ ng sử d ụng ng nguồn điện để thu đượ c hiệu quả cao nhất. Thậm chí, khi cần thiết, hệ thống này vừa vận hành các trục bánh xe trong khi vẫn có thể  nạp điện vào  thống hỗn hợp này hiện chiếm ưu thế trong chế tạo xe Hybrid. máy phát. Hệ Hệ thống này tận d ụng ụng được ưu điểm của 2 hệ thống k ể trên, nhưng có nhiều bộ phận hơn và chế tạo lắp đặt khó khăn hơn: 

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống động lực kiểu hỗn hợ  p m: Ưu điể m: + Có đầy đủ ưu điểm của cả 2 loại nối tiếp và song song.  + Chế độ lái linh hoạt ở  các điều kiện lái khác nhau.  m:  Nhược điể m: + K ết cấu phức tạ p. + Chi phí cao.  3

 

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ MÔ HÌNH  2.1. Bộ công suất trong động cơ Hybrid:   2.1.1. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối momen:

Hình 2.1: Sơ đồ một thiết bị k ết nối momen Một thiết bị k ết nối mô-men như sơ đồ gồm có 3 cổng và có 2 bậ c tự do. Cổng 1 là đầu vào đơn hướ ng, ng, cổng 2 và 3 là cổng ra hoặc vào 2 chiều, nhưng cả  2 không cùng là cổng vào một lúc. Cổ ng 1 k ết nối tr ực tiế p với ĐCĐT hoặc thông qua 1 hộ p số cơ khí. Cổng 2 k ết nối tr ực tiế p vớ i tr ục của mô-tơ điện hoặc qua 1 hộ p số cơ khí. Cổng 3 k ết nối với bánh xe chủ động qua liên kết cơ khí. Nế u bỏ qua tổn thất và giả sử cổng 2 đang là cổng lượng T3ɷ 3=T1 ω1+T2ω2 Momen k ếtvào nốithì có năng thể đượ  c biểrau bánh diễn: xe T3là: = k1T1 + k2T2 Với k1 và k2 là tham số  cấu trúc của bộ k ết nối momen. Vận tốc góc ω1, ω2 và ω3 quan hệ vớ i nhau: ω3 = ω1/k1 = ω2/k2 ạng khác nhau, một số thiết bị cơ bản như: Thiết bị k ết nối momen có rất nhiều d ạng truyền động bánh răng, đai hay sử d ụng tr ực tiếp mô-tơ điện. Mỗi thiết bị sẽ cho một thông số về k1 và k2 khác nhau. 

Hình 2.2: Một số thiết bị k ết nối momen 2

 

m: Ưu điể m: + K ết cấu nhỏ gọn, đơn giản, + Đặc tính kéo của xe gần giống với đặc tính tối ưu, hiệ u suất cao do ít tổn hao qua  bộ truyền. m:  Nhược điể m: + 2 nguồn động lực còn có dãi tốc độ như nhau.  2.1.2. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ: 

Hình 2.3: Sơ đồ một thiết bị k ết nối tốc độ   Năng lượng đượ c cung cấ p bở i một nguồn năng lượng có đượ c k ết nối cùng nhau  bằng cách cộng tốc độ của chúng. Tương tự bộ k ết nối mô-men bộ k ết nối tốc độ có sơ đồ như cũng gồm 3 cổng –  2  2 bậc tự do. Cổng 1 k ết nối với ĐCĐT với dòng năng ng. Cổng 2 và 3 có thể k ết nối với mô-tơ điện hoặc truyền lực cuối, cả  lượng đơn hướ ng. 2 đều với dòng năng lượ ng ng 2 chiều. Bộ k ết nối tốc độ cơ khí có thuộc tính: ω3 = ω1k1 + ω2k2  Với k1 và k2 là hằ ng số k ết hợ   p vớ i cấu trúc và hình học đượ c thiết k ế. Trong số 3 tốc độ, ω1, ω2 và ω3, 2 trong số  chúng độc lậ p với nhau và có thể điều khiển độc lậ p. Do sự ràng buộc của bảo toàn năng lượng, mô-men xoắn được liên kết cùng nhau bở i  biểu thức: T3 = T1/k1 = T2/ T2/k2 k2 Một số thiết bị k ết nối tốc độ điển hình như: bộ  bánh  bánh răng hành tinh, mô -tơ có stato động.

Hình 2.4: Hệ bánh   bánh răng hành tinh 

Hình 2.5: Mô tơ có stato động

3

 

 

m: Ưu điể m: + Đảm bảo tính linh hoạt về phương   phương diện tốc độ của động cơ mà mô-tơ, tránh đượ c hiện tượng cưỡ ng ng bức tốc độ của 1 trong 2 nguồn khi có tốc độ làm việc khác nhau.   Nhược điể m: m: + K ết cấu hệ  bánh  bánh răng hành tinh cồ ng k ềnh. + Mô-tơ có stato động phức tạp yêu cầu chế tạo độ chính xác cao.  2.1.3. Hệ thống truyền lự c hybrid hỗn hợ p p:: Bằng k ết nối tổ hợp mô-men và tốc độ, có thể thiết lậ p hệ thống truyền lực hybrid mà trong đó trạng thái kết nối mô-men và kết nối tốc độ có thể đượ c lựa chọn xen k ẽ. Ví dụ như sơ đồ. Ngoài sơ đồ có rất nhiều sơ đồ sử d ụng hỗn hợ  p k ết nối momen và tốc độ bắng cách dùng xen kẽ các cấu hình của hai kiểu bộ k ết nối.

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen k ẽ momen và tốc độ vớ i hệ bánh   bánh răng hành tinh Ưu điể m: m: + Cho hiệu quả sử d ụng ụng cao hơn ở  nh  những điều kiện lại lái khác nhau.  + Nhiên liệu/điện tiêu hao hợp lý hơn ở  nh  những điều kiện xe luôn thay đổi. + Công suất phát ra ổn định hơn.   m:  Nhược điể m: + Cấu tạo cồng k ềnh ềnh làm tăng trọng lượ ng ng xe. + Bộ điều khiển phức tạ p. + Chi phí cao.  2.2. Mô hình:  Mô hình sử  d ụng mô phỏng là mô hình mẫu cơ bản có sẳ n trong Matlab/Simulink. Chúng ta sẽ đọc hiểu và xem xét mô hình, biết được ý nghĩa và giá trị của các khối có trong mô hình từ  đó rút ra kết luận giữa 3 loại mô hình là Hybrid nối tiế p, Hybrid song song và Hybrid hỗn hợ  p về các đường đặc tính công suất, moment, suất tiêu hao nhiên liệu,…v.v..  Sauthay khi đổi hiểuthông u  thi tạoếtvà   thiếtmột lậ p mô củaphỏng u sẽmớ    cói thể rõ cấsố mô hình toán, cơcác bảnthông và tiếnsốhành hoànmẫtoàn .   tính

4

 

 

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 3.1. Phần mềm mô phỏng: 3.1.1. Giớ i thiệu phần mềm: 3.1.1.1. Matlab-Simulink: Simulink được coi là phần mở  r   r ộng của Matlab. Simulink được dùng để  mô phỏng các hệ động học, các hệ tuyến tính, phi tuyến, các mô hình trong thời gian liên tụ c hoặc gián đoạn. Đặc điểm nổi bật của Simulink là lập trình ở  d   d ạng sơ đồ cấu trúc, sử  d ụng ụng các đối tượng đồ họa. ạng sơ đồ khối. Bằng Simulink cung cấ p giao diện đồ họa để xây dụng mô hình ở  d   d ạng thao tác “nhấn và kéo chuột” ngườ i sử d ụng ụng có thể kéo các khối chuẩn trong thư viện của Simulink ra vùng làm việ c của mình để xây dựng mô hình mô phỏ ng. Để xây dựng mô hình ta khởi động Matlab và khởi độ ng Simulink, mở  thư viện của khối Simulink sau đó chọn các nhóm thích hợ  p. Một số thư viện của Simulink: + Nhóm Math Operations: thư viện các khối khố i tính toán  + Nhóm Sinks: thư viện các khối xauats và hiển thị d ữ liệu + Nhóm Sources: thư viện các khố i nguồn tính hiệu + Nhóm Monlinear: thư viện chứa các khối phi tuyến + Nhóm Sinks và Systems: thưu viện chứa các khối công cụ xử lí tín hiệu + …  Để copy một khối từ thư viện vào cửa sổ của mô hình ta chọn khối, rê chuột để kéo khối đã chọn thả vào cửa sổ mô hình. Trong của sổ mô hình, nếu muốn copy một khối, ấn phím Ctrl và rê chuột sang vị trí đặt bản copy, nếu muốn xóa hãy chọn nó và ấn phím Delete.  3.1.1.2. Matlab-Stateflow: Khái niệm Stateflow: thực hiện chức năng của một cơ cấu máy hữu hạn tr ạng ạng thái của một mô hình mô phỏng trong Simulink. Một mô hình mô phỏng có thể  bao gồm các khối của Simulink, các khối Toolbox và các khố i của Stateflow. Một sơ đồ  Stateflow tậ p hợp các đối tượng đồ họa và đối tượng phi đồ họa. Tr ạng ạng thái (State): mô tả  phương phương thức hệ thống được điều khiển bởi các sự kiện, tình trạng làm việc hay không làm việc của các trạng thái luôn thay đổi theo các điều kiện và sự kiện. Có hai loại tr ạng ạng thái là trạng thái loại tr ừ (OR) mô tả phương  phương thức loại tr ừ lẫn nhau, tr ạng ạng thái ngang hàng (AND).  Chuyển đổi (Transitions): Hành động chuyển đổi từ tr ạng ạng thái này sang trạng thái khác của hệ thống thông qua một đối tượ ng ng gọi là “chuyển đổi”. Đó là đối tượng đồ  hoạ (đối tượ ng ng nguồn) nối vớ i một đối tượng khác (đối tượng đích), bằng một đườ ng ng cong có mũi tên. Đối tượ ng ng nguồn là nơi chuyển đổi bắt đầu, đối tượng đích là nơi chuyển đổi k ết ết thúc. Điểm phân chia một chuyển đổi thành các đoạn (hay nhánh) gọ i là điểm nút. Chuyển đổi mặc định là một loại chuyển đổi đặc biệt, có đối tượng đích, không có đối tượ ng ng nguồn; chuyển đổi mặc định để  báo  báo cho Stateflow biết tr ạng ạng thái con nào sẽ hoạt động ngay sau khi tr ạng ạng thái mẹ được kích hoạt. Nhãn của một chuyển đổi xác định chuyển đổi đó; nhãn này có thể  chứa một sự kiện, một điều kiện, một hoạt động có điều kiện hoặc một hoạt động chuyển đổi. 5

 

 

Sự kiện (Events): các sự kiện không phải là một đối tượng đồ  hoạ nên không thể  hiện tr ực tiếp trong sơ đồ Stateflow nhưng nó làm cho sơ đồ  đó hoạt động. Khi sự  kiện bắt đầu xảy ra, các trạng thái của sơ đồ Stateflow được đánh giá. Sự truyền đi một sự kiện sẽ kích hoạt một chuyển đổi hoặc kích hoạt một hoạt động nào đó.   Dữ liệu (Data): chúng là những đối tượng phi đồ hoạ, được dùng để lưu giữ các giá tr ị bằng số trong sơ đồ Stateflow. Điều kiện (Condition): là một mệnh đề logic, có giá trị đúng hoặc sai dùng để xác định một chuyển đổi xảy ra nếu mệnh đề đó đúng.  Hành động (Acstions): các hành động xảy ra khi khởi động mô hình Stateflow, đó có thể là hành động chuyển từ tr ạng ạng thái này sang trạng thái khác hoặc là hành độ ng của một tr ạng ạng thái. Các trạng thái có thể có các hành động đi vào, ở  trong, đi ra và hành động nương theo sự kiện. Matlab –  Simulink,  Simulink, Matlab - Stateflow là công cụ hữu hiệu để mô phỏng các hệ  thống các (hybrid systems) có bao hàm các quá trình độ ng lực liên tục hoặc gián đoạn và các ứng xử logic phức hợ  p. Với Stateflow có thể thực hiện các hệ thống điều khiển có giám sát các trạng thái và có thể luôn tự thay đổi để phù  phù hợ  p với đối tượng điều khiển. 3.1.2. Các khối mô phỏng: 3.1.2.1. Khối Strategy:

Hình 3.1: Sơ đồ khối Strategy Thiết lậ p tốc độ vòng quay của động cơ và thông qua khối K điề u chỉnh tr ạng ạng thái theo một tỉ lệ nhất định (tỉ lệ của nó là 1.08) và cuối cùng sẽ  cho ra đượ c tốc độ đầu vào của động cơ.  Thườ ng ng tốc độ động cơ đượ c thiết lập là 2000 vòng/phút. Tương tự moment đượ c thiết lậ p của máy phát được tính toán và chuyển đổi thành moment đầu vào của máy phát. 3.1.2.2. Khối Engine:

Hình 3.2: Khối Engine 6

 

 

Khối này có chức năng như một động cơ đố t trong, Gồm hai khối Engine management và khối Engine Khố i Engine management:

Hình 3.2.1: Sơ đồ khối Engine management  Nhận tín hiệu đầu vào của động cơ (tín hiệu mong muốn) và tín hiệu số vòng quay thực tế của động cơ sau đó tính toán ra góc mở   bướm  bướm ga phù hợp và đưa tiế p tục vào khối engine. Khối engine nhận tín hiệu góc mở   bướm  bướm ga sau đó lại xuất ra số vòng quay thực tế và tiế p tục đưa lại vào khối engine management, cứ như thế nó sẽ tạo thành một vòng lặp kín để  điều khiển động cơ.  Trong khối engine management thì tốc độ tín hiệu đầu vào trừ đi tốc độ thực tế sau đó qua khối điều chỉnh tr ạng ạng thái theo một tỉ lệ  phù  phù hợ  p tiế p tục qua hàm tích phân và cuối cùng tính ra góc mở   bướm  bướm ga tương ứng. Khố i Engine:

Hình 3.2.2: Sơ đồ khối Engine Trong khối engine thì vị trí bướm ga được đưa qua khối SPS để  biến tín hiệu vật lí thành tín hiệu số để đưa vào khối Generic engine. Từ khối này sẽ xuất ra công suất của động cơ, lượng nhiên liệu tiêu hao và cảm biến tốc độ động cơ . 3.1.2.3. Khối Solver Conguration:

Hình 3.3: Bảng thông số khối Conguration 7

 

 

Khối này để tính toán phương trình mô phỏ ng, sẽ bắt đầu mô phỏng vớ i một giá trị  an toàn. Ở đây giá trị an toàn là từ 1e-9. 3.1.2.4. Khối Power split:

Hình 3.4: Tỉ số truyền của khối Power split Dùng phân chia tỉ số truyền. Đó là một bộ bánh  bánh răng hành tinh gồm có cầ n d ẫn C,  bánh răng bao R và bánh răng mặt tr ời ời S. Có tác dụng thay đổi tỉ số truyền d ựa ựa trên sự  d ẫn ẫn động của động cơ và moto điện. Ở đây tỉ số truyền là 2.  3.1.2.5. Khối Electric Generator:

Tín hiệu đầu vào: Hình 3.5: Sơ đồ khối Electric Generator + Giá trị momen máy phát yêu cầu đưa vào khố i Generator & drive ở  chân Tref.  + Gía trị điện áp V thông qua mộ t cảm biến dòng Current sensor đưa vào khối. Generator & drive ở  chân V+.  + Sau đó khối Generator & drive s ẽ tính toán và xử lý + Tín hiệu đầu ra: tốc độ của máy phát điện. Sau khí khối Generator & drive tính toán và xử lý và đưa ra ở  chân R thông qua cảm biến RPM sensor đưa ra tốc độ của máy phát.  Sau đó giá trị tốc độ này sẽ đưa vào đầu vào của máy phát để  xác định xem vớ i tốc độ đó thì momen yêu cầu đã đủ  hay chưa để điều khiển một cách chính xác.  v a tạo ra và cung cấp năng Máy phát ở   th đâyống đóng vaitrên trò xe cựchoạt kì quan lượng chođiệ cácn hệ khác độngtrọ đồng: ng thừời cũng tạo ra năng lượ ng ng cung cấp cho moto điện hoạt động. 8

 

 

3.1.2.6. Khối Vehicle Dynamics:

Hình 3.6: Sơ đồ khối Vehicle Dynamics Hai bánh xe trái và phải nhận 2 tín hiệu N và A , trong đó :  ọng Fz tác dụng lên nó   + N là Tải tr ọng + A là Tốc độ vòng quay của tr ục ục bánh xe Hai bánh xe xuất ra tín hiệu H ở  m  mỗi bánh xe , H là phản lực theo phương ngang tác dụng lên bánh xe => Do đó tính đượ c vận tốc của nó Phương trình cân bằng lực kéo mj = Fk –  Fc  Fc + Tổng lực kéo : Fk = Fnr + Fnf + Tổng lực cản : Fc = Fw +Fmđ  Trong đó : j là gia tốc + NR trong hình vẽ là lực kéo ở   bánh  bánh sau + NF trong hình vẽ là lực kéo ở   bánh  bánh trướ c + Wind velocity là lực cản gió + Road incline là lực cản từ mặt đườ ng ng với góc beta Từ đó sẽ tính ra vận tốc của bánh xe rồi đưa qua hàm PSS để chuyển từ tín hiệu tỉnh sang tín hiệu số. Vậy đưa ra đượ c tốc độ xe. 3.1.2.7. Khối Electric Motor:

Hình 3.7: Sơ đồ khối Electric Motor Ref_motor_rpm được đưa vào khối Speed controller thông qua chân rpm_ref , chân này đượ c khếch tán và sử d ụng vớ i PID k ết hợ  p vớ i RPM sensor . Từ chân trên kết hợ   p với nhau đưa ra chân tín hiệu T_ref , sau đó được đưa vào bên trong motor và driver để điều khiển . Trong đó : + Ref_motor_rpm là tốc độ yêu cầu của motor + Speed Controller được xem là bộ vi xử lý 9

 

 

+ RPM sensor là cảm biến tốc độ  + T_ref là chân tín hiệu bướ m ga 3.1.2.8. Khối DC: DC Conventer:

Hình 3.8: Sơ đồ khối DC:DC Conventer Khối DC:DC conventer bi ến đổi điện áp 201,6 V thành điện áp 12V nạp vào các ắ c quy phụ. 3.1.2.9. Khối Battery:

Hình 3.9: Sơ đồ khối Battery Battery có nhiệm vụ nạp và lưu trữ điện…luôn luôn giữ có năng lượng đẻ cung cấ p cho hệ thống điện trong xe. Khối Battery bao gồm: + Nguồn 201.6 DC + Điện tr ở  ở  0.05 ụng mô tơ và 0.05 Ohm: Dùng để d ậ p tắt dòng điện đượ c tạo ra khi sử d ụng các thiết bị điện khác  + Bộ tính toán Năng lượ ng, ng, nạ p, xả của Battery + Cảm biến điện áp: Chuyển đổi điện áp đo được sang tín hiệu đưa vào Bộ  tính toán  bằng cổng V-để xác định điện áp hiệ n tại của Battery + Cảm biến dòng điện: Chuyển đổi dòng điện đo được sang tín hiệu đưa vào Bộ  tính toán bằng cổng I-để xác định dòng hiện tại của Battery. 3.1.3. Các bước mô phỏng: Để thực hiện một quá trình mô phỏ ng ta tiến hành các bướ cc:: + Xây dụng mô hình mô phỏng    c   + thông + Xác Xác lập lập giá điềutrịkicác ện đầ u số ủa mô hình + Lựa chọn cách thức xuất k ết quả  + Điều khiển việc thực thi quá trình mô phỏng 10

 

 

3.2. Mô hình mô phỏng: 3.2.1. Hệ thống Hybird nối tiếp: 3.2.1.1. Mô hình:  Hệ thống Hybrid nối tiế p (Series Hybrid Transmission) là hệ thống d ẫn ẫn động xe hybrid trong đó xe chỉ được kéo bới mô-tơ điện. Mô-tơ điện đượ c cung cấp năng lượ ng ẫn động bởi động cơ đốt trong. ng bở i 2 nguồn là ắc-quy và máy phát điện, đượ c d ẫn Bánh xe được kéo bở i một mô tơ điện. Mô-tơ điện lấy năng lượ ng ng từ nguồn ắc-quy hoặc máy phát điện. Cụm động cơ đốt trong và máy phát có nhiệ m vụ giúp ắc-quy bổ  sung năng lượ ng ng cho mo-tơ kéo khi công suất tải yêu cầu lớn và nạ p lại cho ắc-quy khi công suất tải yêu cầu nhỏ hoặc dung lượ ng ng ắc-quy thấ p.

Hình 3.10: Mô hình hệ thống Hybrid nối tiế p

Hình 3.11: Đồ thị công suất động cơ điện và xăng  Hybrid nối tiế p Battery: Từ 0s -2s thì n engine ổn đị nh, acqui nhận năng lượ ng ng từ máy phát, khi tăng tốc thì acqui cung cấp năng lượng cho motor kéo, khi giả m tốc bởi vì động năng từ các bánh xe bị thu hồi và chuyển thành năng lượng điện và sử  d ụng ụng để sạc cho acqui bởi máy phát. Khi duy trì ở  t  tốc độ 20m/s năng lượ ng ng từ acqui vẫn cung cấ p cho motor điện. Engine: vì tốc độ động cơ ổn định nên công suất phát ra không đổi.

11

 

 

Hình 3.12: Đồ thị tốc độ tr ục quay Hybrid nối tiế p Engine: Ban đầu thiết lậ p ở  t tốc độ ổn định cho động cơ là 15 m/s là khoả ng n = 2000v/p. Generator: Số vòng quay của máy phát luôn bằng số vòng quay của động cơ, do động cơ chỉ d ẫn ẫn động máy phát để cung cấp năng lượng cho các thành phần khác.   Motor kéo: khi tăng tốc thì n motor kéo tăng và ngượ c lại.

Hình 3.13: Đồ thị năng lượng điện hao phí Hybrid nối tiế p Khi tốc độ ổn định 15m/s thì năng lượ ng ng của động cơ cung cấp cho các battery, gennerator và motor kéo sẽ đủ dùng, sự mất mát xem như bằng không, khi tăng tốc ở   tốc độ cao hơn thì tiêu hao năng lượ ng ng từ battery của máy phát sẽ tăng để cung cấ p cho motor kéo quay nhanh hơn vì lúc này công suất từ đồng cơ cung cấp không đổi. Khi giảm tốc thì tổng năng lượ ng ng nạ p lại nhận đượ c của battery và motor kéo từ sự  thu hồi động năng từ  bánh  bánh xe nên vẫ n mất mát công suất.

Hình 3.14: Đồ thị lượng nhiên liệu sử d ụng Hybrid nối tiế p 12

 

 

Do động cơ hoàn toàn tách rờ i với bánh dẫn động nên động cơ luôn được duy trì ở   chế độ làm việc tối ưu nên sự tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. 3.2.1.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống: Ưu điể m: m: + Động cơ tách rờ i với bánh dẫn nên tốc độ và momen của động cơ độc lậ p vớ i tốc độ momen yêu cầu và có thể luôn được duy trì làm việc ở  vùng làm việc tối ưu của nó vớ i sự tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhỏ nhất. + Sự ngắt k ết nối giữa động cơ và bánh xe còn cho phép động cơ có thể hoạt động ở   vùng tốc độ cao. ẫn động cơ khí, bánh đà,…  + Khả năng gia tốc tốt khi không có quán tính của hệ d ẫn + Không cần nhiều bánh răng dẫn động nên cấu tạo đơn giản hơn.  + Có thể thay thế bộ vi sai bằng các mô-tơ điện nên có thể nghiên cứu cho hệ d ẫn động lái 4 bánh và không cần cần điều khiển làm phức tạp cho quá trình lái.   Nhược điể m: m: + Năng lượ ng ng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể. + Máy phát và mô-tơ điện phải có độ lớn và dung lượ ng ng nhất định để đảm bảo yêu cầu kéo nên có thể làm tăng đáng kể tr ọng ọng lượ ng. ng. 3.2.2. Hệ thống Hybrid song song: 3.2.2.1. Mô hình:  Hệ d ẫn ẫn động song song (Parallel Hybrid Transmission) cho phép động cơ đốt trong và mô-tơ kéo cùng truyền công suất của chung song song, tr ực tiế p tới bánh xe. ẫn động nối tiếp thì loại này không cần máy phát điện, mô -tơ kéo nhỏ và hiệu So vớ i d ẫn suất tổng có thể cao hơn. Tuy nhiên việc điều khiển lại phức tạp hơn do sự k ết hợp cơ khí giữa động cơ đốt trong và các bánh xe.  

Hình 3.15: Mô hình hệ thống Hybrid song song

13

 

 

Hình 3.16: Đồ thị công suất động cơ điện và xăng  Hybrid song song Battery: Từ 0s -2s thì xe chủ yếu duy trì tốc độ nhờ  vào công suất của engine, khi tăng tốc thì acqui cung cấp năng lượng cho motor kéo, khi giả m tốc bởi vì động năng ụng để sạc cho từ các bánh xe bị thu hồi và chuyển thành năng lượng điện và sử  d ụng acqui, khi này moto điện đóng vai trò như máy phát. Khi duy trì ở  t tốc độ 20m/s vẫn cần năng lượ ng ng cung cấp cho motor kéo vì động cơ không đủ duy trì tốc độ vì công suất phát ra chỉ duy trì ở  15m/s.  15m/s. Engine: tốc độ đông cơ tăng khi xe tăng tốc và giả m khi xe giảm nên đường công suất của engine có dạng đườ ng ng cong.

Hình 3.17: Đồ thị tốc độ tr ục quay Hybrid song song Engine: Ban đầu khi xe duy trì ở  t tốc độ ổn định là 15m/s thì số vòng quay của engine n = 2000v/ph, còn của moto điện là n = 500v/ph. Khi tăng tố c từ (2s –  8s) thì năng lương cung cấ p từ acqui cho moto điện tăng làm tăng số  vòng quay của moto điện và thông qua hộ p số số vòng quay của engine cũng tăng. Và ngượ c lại khi giảm tốc. Motor điện: khi tăng tốc thì n motor điện tăng và ngượ c lại.

Hình 3.18: Đồ thị năng lương điện hao phí Hybrid song song 14

 

 

Khi tốc độ ổn định 15m/s thì năng lượ ng ng cung cấ p cho xe chủ yếu đến từ engine, sự mất mát xem như không có, khi tăng tố c hoặc duy trì ở  t  tốc độ cao hơn thì tiêu hao năng lượ ng ng từ battery sẽ tăng để cung cấp cho motor kéo quay nhanh hơn vì lúc này công suất từ đồng cơ cung cấp không đủ dùng. Khi giảm tốc thì tổng năng lượ ng ng nhận của battery và motor kéo từ sự thu hồi động năng từ  bánh  bánh xe chuyển thành năng lượ ng ng điện nạ p lại cho bình acqui bởi moto điện. do đó vẫ n mất mát công suất.

Hình 3.19: Đồ thị lượng nhiên liệu sử d ụng Hybrid song song Do động cơ đượ c sử d ụng song song với moto điện tớ i tr ực tiếp bánh dẫn động nên lượng tiêu hao nhiên liệu của hệ thống là lớ n nhất. 3.2.2.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống: m: Ưu điể m: + Công suất xe mạnh hơn do sử d ụng 2 nguồn năng lượ ng. ng. + Bình ắc-quy nhỏ hơn do hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệ t. m:  Nhược điể m: + Động cơ điện, bộ phận điều khiển mô-tơ điện có kết cấu phức tạp. Động cơ nhiệt  phải thiết k ế lớn hơn kiểu mắc nối tiế p. + Tính ô nhiễm môi trường và kinh tế nhiên liệu không cao.  3.2.3. Hệ thống Hybrid hỗn hợ p: p: 3.2.3.1. Mô hình:  Dẫn động hỗn hợp dùng một bộ  bánh  bánh răng hành tinh để  k ết nối động cơ đốt trong, mô-tơ điện và bộ truyền động với nhau. Động cơ đốt trong đượ c nối với vành răng của bộ  bánh  bánh răng hành tinh qua li hợp 1, nó đượ c sử d ụng ụng để nối hoặc ngắt động cơ đốt trong với vành răng. Mô -tơ điện đượ c nối với bánh răng mặt tr ời. ời. Khóa 1 dùng để  khóa bánh răng mặt tr ời ời và roto của mô-tơ điện vớ i khung xe. Ly hợp 2 dùng để nối hoặc tách bánh răng mặ t tr ờ  ờ i với vành răng. Bộ truyền động đượ c d ẫn ẫn động bớ i cầu  bánh răng hành tinh qua một bánh răng trung gian.  d ẫn của bộ  bánh

15

 

 

Hình 3.20: Mô hình hệ thống Hybrid hỗn hợ  p

Hình 3.21 : Đồ thị công suất động cơ điện và xăng  Hybrid hỗn hợ  p Battery: Từ 0s -2s thì n engine ổn đị nh, acqui nhận năng lượ ng ng từ máy phát, khi tăng tốc thì acqui cung cấp năng lượng cho motor kéo, khi giả m tốc bởi vì động năng từ các bánh xe bị thu hồi và chuyển thành năng lượng điện và sử  d ụng để sạc cho acqui bởi máy phát. Khi duy trì ở  t  tốc độ 20m/s vẫn cần năng lượ ng ng cung cấ p cho motor kéo vì động cơ không đủ duy trì tốc độ vì công suất phát ra chỉ duy trì ở  15m/s.  15m/s. Engine: vì tốc độ động cơ ổn định nên công suất phát ra không đổi.

Hình 3.22: Đồ thị tốc độ tr ục quay Hybrid hỗn hợ  p 16

 

 

Engine: Ban đầu thiết lậ p ở  t tốc độ ổn định cho động cơ là 15m/s là khoả ng n = 2000v/p từ 2s đến 8s tăng tốc và từ 12s đến 18s giảm tốc thì n vẫn giữ khoảng 2000v/p. Vì trong trườ ng ng hợp này máy phát - bánh răng mặt tr ờ  ời  sẽ có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ và chiều cùng kết hợ   p vớ i tốc độ motor kéo - bánh răng bao trong bộ b ộ   bánh răng hành tinh để  điều khiển xe. Generator: khi tăng tốc thì n máy phát giảm xuống thì n của motor kéo tăng do n động cơ không đổi và ngượ c lại cho trườ ng ng hợ   p giảm tốc. Motor kéo: khi tăng tốc thì n motor kéo tăng và ngượ c lại.

Hình 3.23: Đồ thị năng lượng hao phí Hybrid hỗn hợ  p Khi tốc độ ổn định 15m/s thì năng lượ ng ng của động cơ cung cấp cho các battery, gennerator và motor kéo sẽ đủ dùng, sự mất mát xem như cân bằ ng với công suất động cơ tạo ra, khi tăng tố c hoặc duy trì ở  t tốc độ cao hơn thì tiêu hao năng lượ ng ng từ   battery của máy phát sẽ tăng để cung cấp cho motor kéo quay nhanh hơn vì lúc này công suất từ đồng cơ cung cấp không đổi và không đủ  dùng. Khi giảm tốc thì tổng năng lượ ng ng nhận của battery và motor kéo từ sự thu hồi động năng từ  bánh  bánh xe chuyển thành năng lượng điện sẽ nhỏ hơn công suất từ máy phát phát ra để giảm tốc nên vẫn mất mát công suất.

Hình 3.24: Đồ thị lượng nhiên liệu sử d ụng Hybrid hỗn hợ  p Do có sự phối hợ  p giữa hệ thống song song và hệ thống nối tiế p tùy theo điều kiện lái nên khi ở   ttốc độ cao thì xe sẽ tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn so với lúc ở  t tốc độ  chậm.

17

 

 

3.2.3.2. Ưu và nhược điểm của hệ thống: Ưu điể m: m: + Hệ thống có thể hoạt động theo kiểu song song hoặc nối tiế p hoặc cả 2 tùy vào điều kiện lái xe.  + Ở tốc độ cao hệ thống hoạt động theo chế độ song song, công suất truyền tr ực tiế p từ động cơ đến bánh xe, lúc này động cơ có thể  chạy vớ i hiệu quả gần như cao nhất của nó.  + Ở điều kiện chạy chậm hay d ừng xe, hệ thống sẽ chạy ở  ch  chế độ nối tiếp, công suất truyền từ động cơ đến máy phát tới mô-tơ, cho phép nó chạy vớ i hiệu suất cao nhất của nó.  m:  Nhược điể m: + Hệ thống phức tạp và chi phí cao.  + Bắt buộc phải có một máy phát điện và một khớ   p nối cơ khí như một vi sai.

18

 

 

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI  4.1. Kết luận mô hình mô phỏng:

Hình 4.1: Sơ đồ chạy mô hình mô phỏng Bảng so sánh hệ thống Hybrid: Cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu

Hệ thống

Giảm thờ i gian chạy không tải

Phục hồi và tái sử  d ụng ụng năng

Kiểm soát hoạt động hiệu suất

ng lượ ng

cao

Tính năng lái xe 

Tổng hiệu suất

Tăng tốc

Công suất ra ở  m  mức độ liên tục

 Nối tiế p

Tốt

R ất tốt

Tốt

Tốt

Chưa tốt

Chưa tốt

Song song

Tốt

Tốt

Chưa tốt

Tốt

Tốt

Chưa tốt

Hỗn hợ   p

R ất tốt

R ất tốt

R ất tốt

R ất tốt

Tốt

Tốt

Mức tiêu hao nhiên liệu của 3 d ạng ạng để cho hiệu quả  tốt hơ n kiểu xe truyền thống. Dạng nối tiếp tiêu tốn nhiên liệu ít nhất vì nó hoàn toàn dùng điệ n, d ạng song song tốn u nh ng song vừa hơn n, liệợ  pu nhi ất song vì nósong sử d ụnhưng độngnốcơi tiđố ừa động điệlái d  ạngnhiên h ỗn h t ốnềít hơn nhiều ếpt trong vì tùyvvào điều cơ k iện ki mà nó sẽ sử d ụng d ạng k ết nối song song hoặc nối tiế p hoặc cả 2 cùng lúc. 

19

 

 

Công suất xe thì dạng song song cho ra lớn hơn dạng n ối ti ếp vì nó cùng sử  d ụng 2 loại động cơ song song nhưng 2 dạng này lại không ổn đị nh bằng hỗn h ợ   p. Dạng hỗn hợ   p t ỳ  vào điều ki ện lái mà chỉnh chế  độ  phù  phù hợ  p v ới hoàn cảnh cho ra công suất tốt hơn, hợp lý hơn.  Sử  d ụng ụng năng lượng điện thì dạng song song sẽ  ít hơn 2 dạng còn lại một chút do ở   ạng này có động cơ đốt trong cùng cung cấp năng lượ ng. d ạng ng. Hệ th ống nối tiế p s ẽ mang lại sự  êm dịu do hoàn toàn sử d ụng ụng điện nhưng công suất  phát ra hạ h ạn ch ế. Hệ  thống song song mang lại công suất cao hơn nhưng tùy vào điề u kiện lái mà làm cho nhiên liệu tr ở  ở  nên hao phí. Hệ  thống hỗn hợ  p tự  do điều khiển cách sử  d ụng ụng nhiên liệu tùy vào điều kiện lái, công suất phát ra ổn định hơn, nhiên liệu tiêu tốn hợp lý hơn nhưng chế   tạo, lắp ráp phức tạp nên chi phí cũng cao hơn.   Nhìn chung, tùy vào điề u kiện lái mà sẽ lựa chọn kiểu hệ thống phù hợ  p, mỗi kiểu đều có công dụng cùng ưu nhược điểm riêng.   4.2. Kết luận đề tài:  4.2.1. Tính kinh tế của xe Hybrid: Tiết kiệm năng lượng trên đường trườ ng: ng: Khi vận hành ô tô Hybrid trên đườ ng ng trườ ng, ng, nguồn động lực chính lại là động cơ máy nổ bởi vì động cơ máy nổ đạt hiệu xuất cao hơn khi chạy đườ ng dài cũng như mạnh mẽ hơn động cơ điện. Cách thiế t k ế  này giúp ô tô hybrid đạt đượ c gia tốc mạnh và vận tốc cao tương tự như các loại ô tô truyền thống khác.   Thu hồi năng lượ ng: ng: Ngoài tiết kiệm năng lượng trong quá trình chuyển hóa năng lượ ng ng từ nhiên liệu sang cơ năng một cách hiệ u quả hơn, ô tô hybrid còn đượ c thiết k ế  nhằm thu hồi lượng năng lượ ng ng bị hao phí qua quá trình vận hành. Đối với ô tô thông thường khi được hãm lại, năng lượng đượ c chuyển hóa từ cơ năng sang nhiệt năng làm nóng đĩa thắng (rotor). Đối với ô tô Hybrid, cơ năng có thể  đượ c chuyển hóa thành điện năng và nạ p lại vào pin điện, vì thế r ất nhiều năng lượng hao phí trong quá trình vận hành xe đượ c thu hồi vào tái sử d ụng. ụng. Tuy nhiên ô tô hybrid vẫn đượ c trang  bị bộ thắng đĩa (break pad) như ô tô thông thường trong trườ ng ng hợp người lái cần hãm khẩn cấ p. Giớ i hạn: Khuyết điểm chính của công nghệ hybrid là hệ thống Pin Nạ p Lại Đượ c (Rechargable Battery). Giá thành của mỗi bộ  pin  pin này rất đắt là một điều đáng ngại đố i với người dùng, nhất là những người dùng ô tô hybrid cũ; giá trị trung bình mỗi bộ   pin này là trên dưới năm nghìn dollar.   Tuy nhiên, các nhà sản xuất đã vẫn đang nghiên cứu và phát triển nhiều giải pháp cho vấn đề này như: tái chế   pin  pin cũ, phát triển k ỹ thuật pin mới, nâng cao tuổi thọ của  pin v.v... hứa hẹn mang lại nhiều cải tiến mớ i, i, giảm giá thành sản phẩm, đưa kỹ thuật hybrid đến vớ i nhiều tầng lớp người dân có thu nhậ p thấp trong xã hội nhằm mục đích thay thế d ần những phương tiện giao thông cũ, giảm thiểu lượng khí thải gây ô nhiễm môi sinh.  4.2.2.đầXu n Hybrid ế ỷphát triểnhà triể Vào ế k  sản xuấở t các ủa Mỹphát ụn: ng động cơ xăng, điện và u thth  20 các xe cnước  đã sử  d ụng hơi nướ c một cách song song. Họ sớ m nhận ra r ằng hai hay nhiều động cơ kết hợ  p lại sẽ làm tăng tính hiệu quả của động cơ. Và kết quả của giả thuyết đó là động cơ hybrid

20

 

 

(động cơ xăng điện) ra đời vào năm 1905 do một k ỹ sư ngườ i Mỹ  phát  phát minh. Thờ i k ỳ  đó phát minh này không đượ c mấy người quan tâm bởi vì động cơ đốt trong khi đó còn khá rẻ so với động cơ xăng điện có cùng công xuất. Sau 70 năm, khi cuộ c khủng hoảng d ầu lửa xảy ra, vấn đề tiết kiệm nhiên liệu mới được quan tâm nhiều và đây chính là lý do để động cơ hybrid được nghiên cứu lại. Tuy nhiên, 30 năm trướ c, c, do một số quy định nên động cơ hybrid đã bị trì hoãn. Ngày hôm nay những chiếc xe như Toyota Prius hay Honda Accord loại hybrid đã trở  nên phổ biến, đượ c nhiều ngườ i ng của xe trong tương lai?   tiêu dùng yêu thích. Liệu hybrid có phải là xu hướ ng Một trong những lý do nữa khiến hybrid ngày càng đượ c quan tâm đó là môi trườ ng ng sống. Như chúng ta biết động cơ đốt trong sẽ thải ra khí carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) và khí hydro -carbon (HC) chưa đốt, đây là những nhân tố  chính gây ô nhiễm môi trường. Các hiện tượng như sự  nóng lên của toàn cầu hay hiện tượ ng ng “El Nino” xảy ra một phần là hậu quả của việc sử d ụng ụng động cơ dầu diesel và xăng.    phát triển của công nghệ hybrid sẽ giúp hạ giá thành nhiên liệu, theo ước tính Sự  phát lượng xe hybrid đượ c sản xuất sẽ tăng gấp đôi mỗi năm, mộ t d ự  báo  báo rất lạc quan là vào năm 2007 hay 2008 sẽ có khoảng một triệu xe hybrid được tiêu thụ  tại thị trườ ng ng Mỹ. Nhưng chúng ta không nên quên r ằng doanh số của các loại xe thông thườ ng ng cũng sẽ tăng lên, ví dụ như nếu hiện nay có 200 ngàn chiếc xe tại Mỹ, thì sau 20 năm con số đó có thể lên tới 300 ngàn chiếc.  Năm 2006, thị trườ ng ng Mỹ có 10 mẫu xe hybrid khác nhau có giá từ  19,000 đôla tớ i 53,000 đôla. Chiếc Honda Civic và Toyota Prius được coi là nhữ ng chiếc xe thông d ụng nhất có giá dưới 30,000 đôla. Mức giá đó có thể  là không phải là thấp đối vớ i một chiếc compact sedan nhưng cũng không quá cao. Trong vòng 5 năm tớ i số xe hybrid sẽ lên đến 50 chiếc gồm nhiều hình dáng, kích thước và giá cả . Thực tế thật khó có thể khuyên người tiêu dùng nên hay không nên dùng loại xe này. Có r ất nhiều ưu điểm cũng như nhược điể m của nó và vấn đề môi trườ ng ng sẽ càng khiến các quyết định tr ở  ở nên chủ quan hơn. Quyền quyết định thuộc về mỗi cá nhân  bở i mục đích sử d ụng của mỗi người khác nhau. Rõ ràng vớ i xe hybrid, bạn sẽ tiết kiệm được khá nhiều chi phí nhiên liệu. Nhưng cũng phả i khẳng định thêm rằng giá của chiếc xe hybrid cũng không tiế t kiệm chút nào. Tuy nhiên nếu bạn muốn lái một chiếc xe từ tốn và thân thiện với môi trường xung quanh thì xe hybrid chính là lự a chọn số một.

21

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Đề tài “Phân tích hệ thống truyền lực và điều khiển trên xe Hybrid Prius Toyota ”   Đồ án tốt nghiệ p –Trường Đại học sư phạm k ỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2008  [2]: Đề tài “Ứ ng ng d ụng ụng matlab trong mô phỏng điều khiển xe lai kiểu hỗn hợp”  Đồ án tốt nghiệ p –Trường Đại học sư phạm k ỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2017