Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ hybrid xe Toyota Corolla Cross HV

1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐINH CÔNG TRÁNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ hybrid xe Toyota
Corolla Cross HV

CBHD: Trịnh Đắc Phong
Sinh viên: Đinh Cơng Tráng
Mã số sinh viên: 2018605058

NGÀNH: CƠNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ
Hà Nội – 2022


2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ
------    ------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ Hybrid của xe
Toyota Cross HV

GVHD

: Trịnh Đắc Phong

Sinh viên

: Đinh Công Tráng

Mã sinh viên : 2018605058
Hệ

: Chính quy

Lớp

: 2018DHK13OTO3

Hà Nội 6/2022

Khóa: 13


3

LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói
chung khơng giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe,
nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà
mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng

cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu
tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng khơng đáng kể.
Ơtơ sạch khơng gây ơ nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của
các nhà nghiên cứu và chế tạo ơtơ ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công
bố trong những năm gần đây, như: hồn thiện q trình cháy của động cơ, sử
dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên,
methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ơtơ lai (hybrid)...
Trong bối cảnh đó thì ôtô hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt
trong và động cơ điện) được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu
thế phát triển ơtơ sạch, nhằm đáp ứng tính khắt khe mơi trường đơ thị, tính nguy
cơ cạn kiệt nhiên liệu.
Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu kỹ hơn về dòng xe lai điện kiểu
hỗn hợp, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu động cơ Hybrid của
xe Toyota Cross HV với sự hướng dẫn của Trịnh Đác Phong. Trong quá trình
nghiên cứu, nhóm chúng em khơng tránh những thiếu sót, rất mong được sự
nhắc nhở, chỉ bảo từ quý thầy cô, quý bạn bè.


4

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 3
MỤC LỤC ......................................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. 8
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ XE HYBRID ....... 9
1.1. Khái quát công nghệ hybrid trong xe hơi .............................................. 9
1.1.1. Khái niệm chung............................................................................... 9
1.1.2. Xu hướng phát triển của xe hybrid ................................................ 12
1.1.3. Ơtơ hybrid ....................................................................................... 13

1.2. Tìm hiều một số dạng dẫn động hybrid. .............................................. 14
1.2.1. Hệ thống hybrid nối tiếp ................................................................. 14
1.2.2. Hệ thống dẫn động Hybird song song ............................................ 16
1.2.3. Hệ dẫn động Hybrid hỗn hợp song song – nối tiếp ........................ 18
1.3. Phanh tái sinh của công nghệ Hybrid ................................................... 23
1.3.1. Hệ thống phanh tái sinh là gì .......................................................... 23
1.3.2. Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh......................................... 24
1.3.3. Ưu, nhược điểm của phanh tái sinh ................................................ 24
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ XE TOYOTA CROSS HV ......... 25
2.1. Giới thiệu về xe Toyota Cross HV .................................................... 25
2.2. Chức năng của các bộ phận chính ...................................................... 26
2.3. Các loại điều khiển................................................................................ 30
2.4. Sơ đồ điều khiển.................................................................................... 35
2.4.1. Điều khiển xe hybrid....................................................................... 35
2.4.2. Điều khiển SOC .............................................................................. 36
2.4.3. Điều khiển động cơ ......................................................................... 37
2.4.4. Điều khiển chính MG1 và MG2 ..................................................... 38
2.2.5. Điều khiển biến tần ......................................................................... 40
2.2.6. Kiểm soát bộ chuyển đổi Boost ...................................................... 42
2.2.7. Điều khiển bộ chuyển đổi DC-DC.................................................. 44


5

2.2.8. Hệ thống điều chỉnh rơ le chính...................................................... 45
2.2.9. Kiểm soát hệ thống làm mát cho pin HV ....................................... 48
2.2.10. Điều khiển hoạt động phanh tái sinh ............................................ 49
2.2.11. Điều khiển bắt đầu lái xe .............................................................. 50
2.2.12. Điều khiển chuyển động lùi .......................................................... 51
2.2.12. Bộ chia công suất .......................................................................... 52

CHƯƠNG III: BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA ........................................... 57
3.1. Sửa chữa động cơ Hybrid rất nguy hiểm .............................................. 57
3.1.1. Mức điện áp của các xe Hybrid ...................................................... 58
3.1.2. Mức điện áp DC (dòng một chiều) nguy hiểm với con người ....... 58
3.1.2. Thợ sửa xe phải làm gì trước khi bắt đầu sửa chữa dịng Hybrid...... 59
3.2. Quy trình bảo dưỡng và sửa chữa động cơ Hybrid............................... 59
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 62


6

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Đặc tính lực kéo-tốc độ với cơng suất u cầu của động cơ xăng
..................................................................................................................... 8
Hình 1. 1: Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của một động cơ xăng .................. 9
Hình 1. 2: Đặc tính lực kéo-tốc độ với hộp số tự động của một xe ............ 9
Hình 1. 3: Đặc tính của một mơ-tơ điện ..................................................... 10
Hình 1. 4: Lực kéo của xe có động cơ xăng với hộp số 4 cấp và mô-tơ điện với
hệ dẫn động 1 cấp ....................................................................................... 10
Hình 1. 5: Đặc tính lực kéo, cản – tốc độ của xe trên đường dốc ........

. 11

Hình 1. 6: Mơ hình một xe hybrid ............................................................... 12
Hình 1. 7: Sơ đồ một hệ dẫn động hybrid nối tiếp ...................................... 13
Hình 1.9: Hệ thống hybrid song song với bộ ghép nối mơ-men ................. 16
Hình 1.10: Sơ đồ điều khiển tổng thể của hệ dẫn động hybrid song song . 16
Hình 1.11: Sơ đồ hệ dẫn động hybrid hỗn hợp với bộ ghép nối bánh răng
hành tinh ...................................................................................................... 17
Hình 1.8: Tốc độ đơng cơ đốt trong được điều khiển bởi độ mở bướm ga và

mô-men của mơ-tơ điện ............................................................................... 19
Hình 1.17: Phanh tái sinh (BRS) ................................................................ 22
Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh .................................. 23
Hình 2. 1: Toyota Cross HV........................................................................ 25
Hình 2.2: Sơ đồ các chế độ điều khiển........................................................35
Hình 2.3: Bộ phận cảm biến điện áp .......................................................... 36


7

Hình 2.4: Sơ đồ giao tiếp giữa ECM và ECU ............................................ 37
Hình 2.5: Các điều khiển cơ bản được sử dụng khi máy MG hoạt động như một
động cơ ........................................................................................................ 38
Hình 2.6: Các điều khiển cơ bản được sử dụng khi máy phát động cơ hoạt động
như một máy phát điện ................................................................................ 39
Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển biến tần.......................................................... . 40
Hình 2.8: Bộ chuyển đổi Boost ................................................................... 41
Hình 2.9: Luồng của bộ tăng cường ........................................................... 43
Hình 2.10: Điều khiển bộ chuyển đổi DC-DC ............................................ 44
Hình 2.11: Rơ le chính ................................................................................ 45
Hình 2.12: Hệ thống điều khiển rơ le chính ............................................... 45
Hình 2.13: Hệ thống điều khiển rơ le chính ............................................... 46
Hình 2.14: MG ECU ................................................................................... 47
Hình 2.15: Cảm biến điện áp pin ................................................................ 48
Hình 2.16: Điều khiển hoạt động phanh tái sinh ........................................ 49
Hình 2.17: Điều khiển khi bắt đầu lái xe .................................................... 50
Hình 2.18: Điều khiển chuyển động lùi ...................................................... 51
Hình 2.19: Sơ đồ cấu tạo bộ phân chia cơng suất PSD ............................. 52
Hình 2. 20: Bộ PSD ở chế độ khởi động ..................................................... 52
Hình 2. 21: Bộ PSD ở chế độ chạy êm........................................................ 53

Hình 2.22: Bộ PSD ở chế độ tăng tốc ......................................................... 53
Hình 2.23: Bộ PSD ở chế độ chạy theo trớn............................................... 54


8

Hình 2.24: Bộ PSD ở chế độ chạy lùi ......................................................... 54
Hình 2.25: Bộ PSD ở chế độ chạy lùi khi động cơ nhiệt hoạt động ........... 55
Hình 2.26: Bộ PSD ở chế độ thả trơi xe ..................................................... 55
Hình 3. 1: Động cơ Hybrid ......................................................................... 57
Hình 3. 2: Cơng tắc của Toyota .................................................................. 59
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chức năng các bộ phận chính .................................................... 30
Bảng 2.2: Bảng các loại điều khiển ............................................................ 35
Bảng 3.1: Quy trình thay pin....................................................................... 60


9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ XE HYBRID
1.1. Khái quát công nghệ hybrid trong xe hơi
1.1.1. Khái niệm chung
Xe hybrid là dòng xe sử dụng tổ hợp hai nguồn động lực, thường là
sự kết hợp giữa động cơ đốt trong (xăng, diesel, khí hóa lỏng…) với mơtơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy cao áp. Mục đích chính là dùng
mơ-tơ điện hỗ trợ hoặc thay thế động cơ đốt trong (ĐCĐT) để kéo xe ở
những thời điểm mà ĐCĐT làm việc không hiệu quả (suất tiêu hao nhiên
liệu cao, phát thải lớn, gia tốc kém) như quá trình khởi động, gia tốc và
tăng tốc. Hay nói cách khác là giúp cho ĐCĐT ln làm việc trong vùng
làm việc tối ưu của nó.
Như trên hình 1.2 ta có thể thấy ĐCĐT làm việc tối ưu trong một

vùng tương đối hẹp: ở tốc độ khoảng 2600v/ph tới 3400v/ph với suất tiêu
hao nhiên liệu khoảng 255 (g/kWh). Cịn như thể hiện trên hình 1.1 có thể
thấy rằng đặc tính của ĐCĐT khác biệt khá xa so với đặc tính lý tưởng do
vậy cần phải dùng hộp số đa cấp hay hộp số tự động để có đặc tính tốt
hơn như thể hiện trên hình 1.3. Điều này làm tăng kích thước, khối lượng
và giá thành của hộp số.

Hình 1.1: Đặc tính lực kéo-tốc
độ với cơng suất u cầu của
động cơ xăng


10

Hình 1. 9: Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của một động cơ xăng

Hình 1. 10: Đặc tính lực kéo-tốc độ với hộp số tự động của một xe

Còn với mơ-tơ điện, đặc tính được thể hiện trên hình 1.4. Có thể thấy
rằng mơ-tơ điện có đặc tính gần sát với đặc tính lý tưởng. Thơng thường
mơ-tơ điện khởi động từ tốc độ bằng 0. Khi tăng tới tốc độ cơ sở của nó,
điện áp tăng theo trong khi dịng không đổi. Khi tốc độ cao hơn tốc độ cơ
bản thì điện áp khơng đổi cịn dịng thì yếu đi. Kết quả này cho công suất
đầu ra không đổi trong khi mơ- men giảm theo đường hyperbol theo tốc
độ.
Do đó một hệ dẫn động đơn cấp hay hai cấp có thể sử dụng để thỏa


11

mãn lực kéo yêu cầu của xe.

Hình 1. 11: Đặc tính của một mơ-tơ điện

Hình 1. 12: Lực kéo của xe có động cơ xăng với hộp số 4 cấp và mơ-tơ điện với
hệ dẫn động 1 cấp

Hình 1.5 cho thấy sự so sánh cụ thể của một mô-tơ điện và một
ĐCĐT. Để có đặc tính sát với lý tưởng thì ĐCĐT cần hộp số 4 cấp cịn
mơ-tơ điện chỉ cần hộp số 1 cấp. Ngồi vai trị giúp cho ĐCĐT có thể hoạt


12

động ở vùng tối ưu mô- tơ điện trong xe hybrid có một vai trị quan trọng
thứ hai là nó có thể thu hồi lại năng lượng (động năng) cho xe để nạp lại
vào ắc quy trong quá trình xe giảm tốc hay phanh, chức năng “phanh tái
sinh”.
Khi kết hợp hai nguồn động lực như vậy kết quả đầu ra sẽ cho đặc
tính như thể hiện trên

Hình 1. 13: Đặc tính lực kéo, cản – tốc độ của xe trên đường dốc

1.1.2. Xu hướng phát triển của xe hybrid
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới
nói chung khơng giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về nồng độ
phát thải khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến và
chế tạo ra loại ôtô mà mức phát thải và ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối
thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng trở nên cấp thiết khi mà nguồn
tài nguyên dầu mỏ hiện nay ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao

mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể
Các xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch đều đang tràn ngập trên thị
trường và là một trong số những tác nhân lớn gây ô nhiễm môi trường, làm
cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi. Vì thế việc tìm
ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí thải gây ơ nhiễm mơi trường là


13

một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ơtơ nói riêng và
mọi người nói chung.
Ơtơ sạch không gây ô nhiễm là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên
cứu và chế tạo ơtơ ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong
những năm gần đây, như hồn thiện q trình cháy của động cơ, sử dụng
các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên,
methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô dùng
động cơ lai (hybrid)... Trong số những giải pháp cơng nghệ trên thì xe sử
dụng công nghệ hybrid đang được ứng dụng ngày càng phổ biến và cho
hiệu quả cao.

1.1.3. Ơtơ hybrid
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn
được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh
tế và mơi trường. Có thể nói, cơng nghệ hybrid là chìa khố mở cánh cửa
tiến vào kỷ ngun mới của những chiếc ơtơ, đó là ôtô hạn chế tối đa việc
gây ô nhiễm môi trường, giảm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu hay còn gọi là
ôtô “sinh thái” mà vẫn sử dụng ĐCĐT, loại động cơ chưa thể thay thế
trong nhiều năm tới.

Hình 1. 14: Mơ hình một xe hybrid.

Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan


14

tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô
trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ơtơ hybrid xuất hiện trên thị trường
và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ôtô này.
Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô chạy bằng năng lượng mặt trời
mặt trời... cho đến nay đều tồn tại một số nhược điểm nhất định, chưa dễ
thực hiện với thực trạng như đất nước ta. Trong bối cảnh đó thì ơtơ hybrid
(nhiệt - điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện được coi là phù hợp nhất
trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ơtơ “sạch”, nhằm đáp ứng yêu
cầu khắt khe về môi trường đô thị và nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu
hóa thạch.
Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid hoạt động
trong phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các
loại đường dài hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng... Chứ không thể
sử dụng ôtô hybrid thay hẳn các loại ôtô khác vì khả năng hoạt động trong
các điều kiện khác nhau và tính cơng nghệ cịn nhiều hạn chế, trong đó
cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ năng lượng điện để cấp cho
mơ-tơ điện, vì nếu dùng loại ắc quy thơng thường thì số lượng bình rất
nhiều, kích thước và khối lượng rất lớn.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này chúng em chỉ tìm hiểu nghiên
cứu dịng ơtơ hybrid (nhiệt-điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện là loại
ôtô hybrid thông dụng nhất hiện nay.
1.2. Tìm hiều một số dạng dẫn động hybrid.
1.2.1. Hệ thống hybrid nối tiếp
1.2.1.1. Khái niệm

Hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp (Series hybrid electric drive train) là
hệ thống dẫn động cho xe hybrid trong đó xe chỉ được kéo bởi mô-tơ điện. Môtơ điện này được cung cấp năng lượng từ hai nguồn là: Ắc quy và máy phát


15

điện được dẫn động bởi ĐCĐT. Hệ thống dẫn động nối tiếp đơn giản nhất như
hình 1.8.

Hình 1. 15: Sơ đồ một hệ dẫn động hybrid nối tiếp
Bánh xe được kéo bởi một mô tơ điện. Mô-tơ điện lấy năng lượng từ
nguồn ắcqui hoặc máy phát được dẫn động bởi ĐCĐT. Cụm ĐCĐT/máy phát
(ĐCĐT/MP) có nhiệm vụ giúp ắc quy bổ sung năng lượng cho mô-tơ kéo khi
công suất tải yêu cầu lớn hoặc nạp cho ắc quy khi công suất tải yêu cầu nhỏ và
dung lượng ắc quy thấp.
Bộ điều khiển mô-tơ để điều khiển mô-tơ kéo sinh ra năng lượng phù
hợp với yêu cầu của xe.
Sự hoạt động của xe (gia tốc, khả năng leo dốc, tốc độ lớn nhất) được
quyết định hồn tồn bởi kích thước và đặc tính của mơ-tơ kéo dẫn động. Với
sơ đồ kết nối như vậy thì đặc tính của xe hybrid có dạng như ví dụ của một mơtơ điện thể hiện trên hình 1.3.
2.2.1.1. Ưu nhược điểm của hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp
a) Ưu điểm


16



Động cơ tách rời với bánh dẫn nên tốc độ và mô-men của

động cơ độc lập với tốc độ và mơ-men u cầu và có thể ln được
duy trì làm việc ở vùng làm việc tối ưu của nó với sự tiêu thụ nhiên
liệu và phát thải nhỏ nhất. Hiệu suấtvà sự phát thải của động cơ còn
được cải thiện hơn nữa bởi thiết kế tối ưu tùy vào điều kiện hoạt động


Sự ngắt kết nối giữa động cơ và bánh xe cịn cho phép

động cơ có thể hoạt động ở vùng tốc độ cao


Khả năng gia tốc tốt khi khơng có qn tính của hệ dẫn

động cơ khí, bánh đà, tuốcbin


Không cần nhiều bánh răng dẫn động nên cấu tạo đơn giản

hơn và giá thành có thể giảm


Có thể thay thế bộ vi sai bằng các mô-tơ điện nên có thể

nghiên cứu cho hệ dẫn động lái 4 bánh và không cần cần điều khiển
làm phức tạp cho quá trình lái.
b) Nhược điểm
 Năng lượng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể
 Máy phát và mơ-tơ điện phải có độ lớn và dung lượng nhất
định để đảm bảo yêu cầu kéo xe nên có thể làm tăng đáng kể trọng
lượng và giá thành

1.2.2. Hệ thống dẫn động Hybird song song
1.2.2.1. Khái niệm
Không giống như hệ dẫn động hybrid nối tiếp, hệ dẫn động hybrid
song song (Parallel hybrid electric drive train) cho phép cả ĐCĐT và môtơ kéo cùng truyền công suất của chúng song song, trực tiếp tới các bánh
xe. Lợi thế chính của loại hình song song hơn loại hình nối tiếp là có thể
khơng u cầu máy phát điện, mơ-tơ kéo nhỏ, không cần nhiều sự biến đổi


17

công suất từ ĐCĐT tới các bánh xe. Hơn nữa, hiệu suất tổng có thể cao
hơn. Tuy nhiên, việc điều khiển hệ thống dẫn động hybrid song song phức
tạp hơn nhiều so với hệ dẫn động nối tiếp, do sự kết hợp cơ khí giữa ĐCĐT
và các bánh xe.

Hình 1.9: Hệ thống hybrid song song với bộ ghép nối mơ-men

Hình 1. 10: Sơ đồ điều khiển tổng thể của hệ dẫn động hybrid song song


18

1.2.3. Hệ dẫn động Hybrid hỗn hợp song song – nối tiếp
1.2.3.1. Hình dáng hệ truyền động với bộ bánh răng hành tinh

Hình 1.15: Sơ đồ hệ dẫn động hybrid hỗn hợp với bộ ghép nối bánh răng hành tinh

Hình 1.15 trình bày hình dạng của một bộ truyền động hybrid hỗn
hợp song song – nối tiếp, nó dùng một bộ bánh răng hành tinh để kết nối

ĐCĐT, mô- tơ điện và bộ truyền động với nhau. ĐCĐT được kết nối với
vành răng của bộ bánh răng hành tinh qua li hợp 1, nó được sử dụng để
nối hoặc ngắt ĐCĐT với vành răng. Mô-tơ điện được nối với bánh răng
mặt trời. Khóa 1 dùng để khóa bánh răng mặt trời và rôto của mô-tơ điện
với khung xe. Li hợp 2 dùng để nối hoặc tách bánh răng mặt trời với vành
răng. Bộ truyền động được dẫn động bởi cầu dẫn của bộ bánh răng hành
tinh qua một bánh răng trung gian.
1.2.4.2. Những dạng hoạt động


19

Như đã đề cập bởi đặc điểm của bộ truyền động, có hai dạng hoạt
động cơ bản: kết hợp tốc độ và kết hợp mô-men giữa ĐCĐT và hộp số,
phụ thuộc vào sự đóng hoặc ngắt của các li hợp và khóa.
a) Dạng hoạt động kết hợp tốc độ
Khi xe đang bắt đầu từ tốc độ 0, ĐCĐT không thể chạy ở tốc độ 0 và
bộ truyền động chỉ có một tỉ số truyền giới hạn. Bởi vậy, tồn tại sự trượt
giữa trục vào và trục ra của bộ truyền động. Hiện tượng trượt thường xảy
ra trong li hợp của bộ truyền động điều khiển bằng tay hoặc trong bộ biến
đổi mô-men thủy lực của bộ truyền động tự động. Do đó, một phần trong
tổng số năng lượng bị mất trong hiện tượng trượt này. Tuy nhiên, trong
trường hợp của bộ truyền động trình bày trong hình 1.23, sự trượt này
được thực hiện giữa ĐCĐT và mô-tơ điện (vành răng và bánh răng mặt
trời). Trong trường hợp này, li hợp 1 kết nối trục động cơ với vành răng, li
hợp 2 giải phóng bánh răng mặt trời khỏi vành răng, và khóa 1 và 2 giải
phóng bánh răng mặt trời (mô-tơ) và vành răng (ĐCĐT) từ khung xe. Vẫn
tại tốc góc đưa ra của ĐCĐT và cầu dẫn, tương ứng với tốc độ của xe, tốc
độ của mô-tơ là:
𝜔𝑠 = (1 + 𝑅). 𝜔𝑐 − 𝑅. 𝜔𝑟

(c)

Bởi vậy, công suất mơ-tơ là âm, và nó hoạt động như một máy phát
và có thể được trình bày như sau:
Pm = Ts. 𝜔𝑠 – Tr.ωr = Pt – Pđc
Ở đó, Pm là công suất của mô-tơ,
P là công suất tới bộ truyền động
Pđc là công suất ĐCĐT.
Khi tốc độ xe tăng tới giá trị mà ở đó số hạng đầu trong vế phải của
công thức (c) bằng với số hạng thứ hai và khi đó vận tốc của bánh răng


20

mặt trời ωs bằng 0, công suất mô-tơ điện bằng 0. Tốc độ này được định
nghĩa như tốc độ đồng bộ, nó phụ thuộc vào tốc độ ĐCĐT. Với tốc độ của
xe tăng hơn nữa, ωs trở thành dương và mơ-tơ điện đóng vai trị là nguồn
cung cấp cơng suất cho hoạt động của xe.
Trong dạng hoạt động phối hợp tốc độ, tốc độ ĐCĐT được ngắt khỏi
tốc độ xe và tốc độ động cơ có thể được điều khiển bởi mô-men của môtơ và độ mở bướm ga của ĐCĐT. Trong cơng thức (A), nó cho biết rằng
mơ-men ĐCĐT tương ứng với mô-men mô-tơ như sau:
𝑇𝑟 = 𝑅. 𝑇𝑠
Tốc độ ĐCĐT là một hàm của mơ-men và góc mở bướm ga. Bởi
vậy, tốc độ ĐCĐT có thể được điều khiển bởi mô-men của mô-tơ và độ
mở bướm ga của ĐCĐT, như trình bày trong hình 1.16. Tại mơ-men đưa
ra của mơ-tơ, tốc độ ĐCĐT có thể được thay đổi bằng sự thay đổi góc mở
bướm ga. Tại một góc mở bướm ga, tốc độ ĐCĐT có thể được thay đổi
bởi sự thay đổi mơ-men của mơ-tơ.

Hình 1.16: Tốc độ đông cơ đốt trong được điều khiển bởi độ mở bướm ga và mô-men của
mô-tơ điện

b) Dạng hoạt động kết hợp mô-men


21

Có hai dạng hoạt động cơ bản: Kết hợp tốc độ và kết hợp mômen giữa ĐCĐT và hộp số, phụ thuộc vào sự đóng hoặc ngắt của các
li hợp và khóa.
- Dạng hoạt động kết hợp tốc độ
Khi xe đang bắt đầu từ tốc độ 0, ĐCĐT không thể chạy ở tốc độ
0 và bộ truyền động chỉ có một tỉ số truyền giới hạn. Bởi vậy, tồn tại
sự trượt giữa trục vào và trục ra của bộ truyền động, hiện tượng trượt
thường xảy ra trong li hợp của bộ truyền động điều khiển bằng tay
hoặc trong bộ biến đổi mô-men thủy lực của bộ truyền động tự động.
Do đó, một phần trong tổng số năng lượng bị mất trong hiện tượng
trượt này. Tuy nhiên, trong trường hợp của bộ truyền động trình bày
trong hình 10 sự trượt này được thực hiện giữa ĐCĐT và mô-tơ điện
(vành răng và bánh răng mặt trời). Trong trường hợp này, li hợp 1 kết
nối trục động cơ với vành răng, li hợp 2 giải phóng bánh răng mặt trời
khỏi vành răng, và khóa 1 và 2 giải phóng bánh răng mặt trời (mô-tơ)
và vành răng (ĐCĐT) từ khung xe.
- Dạng hoạt động kết hợp mơ-men
Khi li hợp 1 được đóng và khóa 2 giải phóng vành răng, bánh
răng mặt trời (mơ-tơ) và vành răng (ĐCĐT) được khóa vào nhau và
vận tốc của bánh răng mặt trời và vành răng được ép để giống nhau.
- Dạng chỉ có ĐCĐT kéo xe.
Dạng chỉ có ĐCĐT kéo có thể được hiểu với cả mơ hình hoạt
động tốc độ tổng hợp và mô-men tổng hợp. Trong sự hoạt động tốc độ

tổng hợp, khóa 1 khóa mơ-tơ điện đến với khung xe và li hợp 2 giải
phóng bánh răng mặt trời khỏi vành răng.
- Dạng phanh tái sinh.


22

Trong khi phanh, li hợp 1 được mở và ĐCĐT được ngắt khỏi
vành răng. ĐCĐT có thể được tắt hoặc đặt ở chế độ chạy không tải.
Mô-tơ điện được điều khiển để hoạt động như một máy phát sản sinh
mô-men âm. Tương tự như dạng chỉ có ĐCĐT kéo, hoạt động này có
thể được thực hiện bởi tốc độ hoặc mô-men tổng hợp. Trong khi hoạt
động tốc độ tổng hợp, vành răng được khóa với khung xe bởi khóa 2,
và bánh răng mặt trời (mơ-tơ) được giải phóng khỏi vành răng bằng
việc mở li hợp 2.
- Khởi động ĐCĐT
ĐCĐT có thể được khởi động bởi mô-tơ điện với dạng tốc độ
tổng hợp hoặc dạng mơ-men tổng hợp của nó khi xe ở chế độ đứng
yên. Trong dạng tốc độ tổng hợp, li hợp 1 được đóng để kết nối trục
ĐCĐT với vành răng, li hợp 2 giải phóng bánh răng mặt trời (mơ-tơ)
khỏi vành răng, và cả khóa 1 và 2 đều mở.
2. Các chiến lược điều khiển
Khi tốc độ xe thấp hơn tốc độ đồng bộ, dạng hoạt động tốc độ
tổng hợp được sử dụng. Như đã giải thích bên trên, mô-tơ điện hoạt
động với vận tốc âm và công suất âm. Một phần của công suất ĐCĐT
được sử dụng để nạp cho nguồn ắc quy và một phần để kéo xe.
Khi tốc độ xe cao, nó sử dụng sự đồng bộ của nó, dạng hoạt
động mơ-men tổng hợp.
Khi công suất kéo yêu cầu lớn hơn công suất mà ĐCĐT có thể
tạo ra với độ mở bướm ga hồn toàn, dạng kéo hỗn hợp được sử dụng.

Trong trường hợp này, ĐCĐT được hoạt động với độ mở bướm ga
hoàn tồn và mơ-tơ điện cung cấp cơng suất thêm vào để phù hợp công
suất suất kéo yêu cầu.


23

Khi công suất kéo yêu cầu nhỏ hơn công suất ĐCĐT có thể sinh
ra với độ mở bướm ga hồn tồn. Trong dạng nạp của ắc quy, cơng
suất nạp của nguồn có thể được xác định bằng cơng suất cực đại của
công suất điện, hoặc bởi công suất cực đại của ĐCĐT và công suất
kéo được yêu cầu.
1.3. Phanh tái sinh của công nghệ Hybrid
Phanh hãm tái sinh là một cơ chế phục hồi năng lượng làm chậm phương
tiện hoặc vật thể bằng cách chuyển đổi động năng của nó thành dạng có thể
được sử dụng ngay lập tức hoặc được lưu trữ cho đến khi cần
Hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking System – BRS) là một
trong những công nghệ hiện đại trong ngành công nghiệp ô tô.
1.3.1. Hệ thống phanh tái sinh là gì
Regenerative Braking System (BRS) – Hệ thống phanh tái sinh tiên tiến
được sử dụng cùng với hệ thống phanh truyền thống thông thường trong xe
điện/hybrid hiện đại. Nó biến đổi động – nhiệt năng của quá trình phanh sinh
ra thành điện để sử dụng lại.
Hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking System – BRS) được sử
dụng trong các dòng xe điện và hybrid, cũng như trong một vài dòng xe chạy
xăng hiện nay. Phanh
tái sinh chuyển đổi
động năng thành năng
lượng điện cho xe ô tô,
giúp tăng hiệu quả tiết

kiệm nhiên liệu.

Hình 1.17: Phanh tái sinh (BRS)


24

Ngay sau khi nhấn chân phanh, máy phát sẽ tạo ra điện để gia tăng lực
cản và giảm tốc độ của xe. Dịng điện được tạo ra sẽ tích tụ trong gói pin, giúp
gia tăng vận tốc xe và phục vụ cho các hệ thống khác.
1.3.2. Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh
Khi phanh ở xe hybrid hoặc xe điện, động cơ điện sẽ chuyển sang chế độ
máy phát. Các bánh xe truyền động năng thông qua hệ thống truyền động đến
“máy phát”. Máy phát điện biến một phần lớn của động năng thành năng lượng
điện, sau đó được lưu trữ trong một pin điện áp cao của xe. Đồng thời, điện trở
máy phát trong quá trình tạo ra điện sẽ làm chậm chiếc xe.

Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động của phanh tái sinh

Tất nhiên quá trình phanh này diễn ra rất lâu đến khi xe dừng lại. Vì vậy,
khi cần nhiều mô-men phanh hơn so với máy phát điện có thể cung cấp, hệ
thống phanh bổ sung được thực hiện bằng phanh ma sát.
1.3.3. Ưu, nhược điểm của phanh tái sinh


25

* Ưu điểm:


Giảm tốc từ hệ thống phanh tái sinh đủ trong hầu hết các trường

hợp để làm chậm xe như mong muốn.


Giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải CO2 – đặc biệt

trong các tình huống giao thông đô thị liên quan đến phanh và tăng tốc
thường xuyên (xe hybrid)


Tăng đáng kể trong phạm vi hoạt động của xe cho mỗi lần sạc đầy

(xe điện)


Hạn chế bào mịn các chi tiết phanh cơ khí truyền thống



Giảm phát thải bụi phanh

* Nhược điểm:
Chỉ phát huy hiệu quả trong trường hợp giảm tốc ở tốc độ rất thấp. Vì
momen phanh sinh ra từ máy phát điện không đủ để dừng xe lại trong thời gian
ngắn.
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ XE TOYOTA CROSS HV
2.1. Giới thiệu về xe Toyota Cross HV
Trở thành mẫu thương mại đầu tiên được trang bị một động cơ hybrid
bán rộng rãi tại Việt Nam, thật khó để khẳng định Toyota Cross HV (phiên

bản hybrid) là mẫu xe tiên phong cho xu hướng Xanh, tiết kiệm nhiên liệu
và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, chỉ cần kết hợp hai yếu
tố “thương hiệu Toyota” và một cơng nghệ hồn tồn mới (tại Việt Nam)
là động cơ hybrid cũng đã quá đủ để thu hút sự chú ý của người tiêu dùng
Việt Nam tới một xu hướng của lựa chọn xe mới.
Động cơ mà Toyota Cross HV sử dụng là động cơ 2zr-fxe