Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (31)

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
Cơ Điện-Điện Tử
( Ngành kĩ thuật Ô tơ)
GVHD: Hồng Ngọc Tân
Sinh viên: Nguyễn Văn
Hịa

BÁO CÁO LUẬN VĂN TỐT
NGHIỆP

Đề tài: Ứng dụng matlab mô
phỏng điều khiển động cơ xe
hybird


MỤC TIÊU LUẬN VĂN
 Nắm vững cơ sở lý thuyết, ngun lý hoạt động của dịng xe
Hybrid.
 Xây dựng mơ hình mơ phỏng xe Hybrid trên phần mềm
Matlab/Simulink
 Điều khiển và chạy được mơ phỏng đó phù hợp với chu trình thử
nghiệm.


Nội dung báo cáo
 Chương 1 Tổng quan
 Chương 2 Cơ sở lý thuyết
 Chương 3 Tính tốn mơ phỏng trên matlab
simulink
 Chương 4 Kết quả mô phỏng và kết luận

Chương 1 Tổng quan
 Đặt vấn đề
Trong thời đại mà q trình cơng nghiệp hố, hiện đại hóa đang
diễn ra ở mọi nơi trên toàn cầu như ngày nay, theo đó mạng lưới
giao thơng đang phát triển mạnh. Vì vậy mà nhu cầu về nhiên liệu
và năng lượng đang được dặt lên hàng đầu. Chính vì vậy, việc tiết
kiệm nhiên liệu, năng lượng, đảm bảo an tồn về mơi trường ln
là yêu cầu hàng đầu được đặt ra cho mỗi quốc gia .đặc biệt là
trong lĩnh vực ô tô vốn luôn yêu cầu phải thay đổi từng ngày. Giải
pháp được đưa ra chính là kết hợp một cách linh hoạt giữa động
cơ xăng, động cơ điện và các cơ cấu giúp bảo tồn và chuyển đổi
năng lượng một cách hiệu quả. Xe Hybrid ra đời như là một đáp án
để giải quyết vấn đề đó.


 Tổng quan về xe hybrid
 Được phát minh vào khoảng thế kỉ XVII bởi nhà phát minh
người Pháp Nicolas - Joseph Cugnot (1725-1804)
 Hybrid nghĩa là lai, ôtô Hybrid (Hybrid Electric Vehicle-HEV) là
dịng ơtơ sử dụng động cơ tổ hợp. Ý tưởng“Hybrid”đã có từ rất
lâu đời.
 Động cơ Hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông
thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. 

Hình 1.1 Cấu tạo của một chiếc xe hybrid


 Nguyên lý hoạt động của ô tô Hybird


Nguyên lý hoạt động của động cơ Hybrid khá đơn giản. Xe
Hybrid sẽ dùng động cơ điện khi di chuyển trên các quãng
đường ngắn hay cần tốc độ chậm như nội thành, từ nhà đến
chỗ làm…. Ngược lại động cơ xăng được dùng ở các quãng
đường lớn, tốc độ cao như cao tốc, đường trường.



Nhiệm vụ của xe Hybrid là phối hợp hai động cơ phù hợp
sao cho giảm lượng khí thải và nhiên liệu


 Phương pháp truyền động
 Theo phương pháp truyền động, có thể chia động cơ Hybrid
thành 2 loại chính: tổ hợp ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song
song, 
 Hệ thống Hybrid kết hợp (nối tiếp/song song).


 Tổ hợp ghép nối tiếp


Đối với loại hệ thống này, nguồn động lực chính xoay bánh xe
là động cơ điện. Trong khi động cơ chỉ làm nhiệm vụ phát ra
điện để nạp pin và cung cấp cho động cơ điện.d



Tổ hợp này là động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở

chế độ không tải nên giảm được ơ nhiễm mơi trường; Động cơ
đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với
các loại ơtơ; Sơ đồ này có thể khơng cần hộp số.

Hình 1.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp


 Tổ hợp ghép song song


Đối với loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (điện và
xăng) đều được kết nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền
động lực một cách độc lập hoặc đồng thời. Nói một cách đơn
giản là bánh xe có thể được xoay một cách riêng biệt bằng
động cơ điện hoặc động cơ xăng, hoặc cả hai.
 Tổ hợp này có cơng
suất của ôtô sẽ mạnh
hơn do sử dụng cả hai
nguồn

năng

lượng,

không cần dùng máy
phát riêng do động cơ
điện. ít tổn thất cho
các
Hình 1.3 Sơ đồ truyền động kiểu song

cơ

cấu

động trung gian.

truyền


 Tổ hợp ghép hỗn hợp


Hệ thống này kết hợp hệ thống nối tiếp với hệ thống song
song nhằm để cực đại hố các sự giúp ích của hai hệ thống.
Nó có hai mơtơ, và tuỳ thuộc vào điều kiện dẩn động, chỉ dùng
môtơ điện hoặc công suất dẩn động từ cả môtơ điện và động
cơ, nhằm để đạt được mức hiệu suất cao nhất.

Hình 1.4 Sơ đồ truyền động kiểu hỗn hợp


 Các bộ phận chính của xe hybrid


Động cơ



Hộp số



Ác quy

Hình 1.6 Hộp số

Hình 1.5 Động cơ xe hybrid
Hình 1.7 Ác quy HV


Chương 2 Cơ sở lý thuyết


Hệ thống Hybrid System kiểu hỗn hợp có 2 nguồn dẫn động:
động cơ xăng và mô tơ điện. Hệ thống điều khiển Hybrid lựa
chọn sự kết hợp tốt nhất của hai nguồn dẫn động trên tương
ứng với những điều kiện lái.


 Động cơ 2ZR-FXE


2ZR-FXE là một trong hai nguồn công suất của xe Toyota
Cross. 2ZR-FXE là một động cơ thẳng hàng 4 xy lanh 1.8l
cho cơng suất 140Hp/6.000 vịng/phút và mơ-men xoắn 152
Nm/3600 vịng/phút.



2ZR-FXE bao gồm một số sự điều chỉnh giúp đặc tính cân

đối, tính kinh tế về nhiên liệu và khí thải được sạch hơn đối
với xe Hybrid

Hình 2.1 Động cơ 2ZR-FXE


Loại động cơ Xăng

2ZR-FXE

Số lượng xi lanh và cách bố trí

4-xi lanh, thẳng hàng

Dung tích xi lanh (cc)

1798

Tỷ số nén

13

Đường ống nạp

Dòng chéo

Hệ thống nhiên liệu

Phun xăng điện tử

Loại nhiên liệu
Mơ men xoắn

Xăng
tối

đa

(Nm

vịng/phút)
Cơng suất và mơ men xoắn tối

142/3600
53 Kw

đa của mô tơ điện

163 Nm

Thứ tự đánh lửa

1-3-4-2

Ắc quy Hybrid

Nickel metal

Trị số ốc tan

87 hoặc cao hơn
Lái Eco 3 chế

độ

(Normal/PWR/Eco),

Lái

Chế độ lái

điện/ EV mode
Dẫn động cầu trước

Loại dẫn động

FWD
Số tự động vơ cấp/CVT

Hộp số
Tiêu chuẩn khí thải
Mức
tiêu
thụ
nhiên
(L/100km)

Euro 4
liệu

4.2


 Hộp số hybrid
 Một cụm bánh răng hành tinh, cung cấp tỉ số truyền vô cấp và
điều khiển như một bộ phân chia công suất.
 Một bộ giảm tốc bao gồm bộ truyền động xích, bộ bánh răng
giảm tốc và bộ truyền lực cuối cùng.

Hình 2.2 Hộp số hybrid


Hộp số vơ cấp CVT

K320

Thế tích dầu bơi trơn (lít)

8,4

Loại chất lỏng

CVT Fluid FE Toyota

Trọng lượng toàn phần (kg)

90

Tỷ số truyền vành đai

2,236 ~ 0,447

Tỷ số truyền bánh răng launch
gear

3,362 (tiến) / 3.120 (lùi)

Tỷ số truyền lớn nhất

4,007


 Nguyên lý hoạt động của hộp số hybrid
 Đi sâu vào phân tích q trình hoạt động của hộp số vơ cấp,
q trình biến thiên đường kính của vịng đai trong hộp số CVT
diễn ra như sau:
 Khi hai nửa bánh đai tách xa nhau, đường kính làm việc của
dây đai sẽ giảm xuống gần tâm. 
 Với trường hợp đường kính làm việc của dây đai tăng lên phía
xa tâm là kết quả của việc hai nửa bánh đai đóng lại gần nhau.
 Nếu một bánh đai tăng bán kính thì bánh đai cịn lại sẽ giảm
bán kính để giữ cho đai bám chặt. 
 Khi hai bánh đai tạo ra vô số tỷ số truyền - tất cả các mức giữa
hai điểm từ thấp đến cao là lúc bộ phận này thay đổi bán kính
tương xứng với nhau.




Cụ thể, khi bán kính ở bánh đai chủ động nhỏ và bán kính ở

bánh đai bị động lớn, tốc độ quay của bánh đai bị động sẽ
giảm. Lúc này hộp số CVT tạo ra một “số” thấp với sức kéo
lớn khiến tốc độ xe chậm lại. 



Ngược lại, khi bán kính ở bánh đai chủ động lớn và bán kính
ở bánh đai bị động nhỏ, tốc độ quay của bánh đai bị động
tăng lên, khi đó tạo ra một “số” xe cao, tốc độ cao, sức kéo
thấp. Như vậy, về mặt lý thuyết, một CVT có vơ số "số" có
thể chạy ở bất cứ tốc độ nào với động cơ của xe và có thể
tạo ra bất cứ khi nào.


 Bộ chuyển đổi DC-DC
Bộ biến đổi DC-DC hay DC-DC converter hay bộ biến đổi điện áp
một chiều DC-DC là một mạch điện tử hoặc thiết bị cơ điện dùng
để chuyển đổi nguồn dòng điện một chiều (DC) từ mức điện áp
này sang mức điện áp khác. Nó là một loại bộ chuyển đổi năng
lượng điện. Mức năng lượng từ rất thấp (pin nhỏ) đến rất cao
(truyền tải điện cao áp).
Nguồn điện này cung cấp những thiết bị phụ của xe.

Hình 2.3 Bộ chuyển đổi DC-DC




Bộ chuyển đổi DC-DC sử dụng chuyển đổi tần số cao và
cuộn cảm, máy biến áp và tụ điện để làm mịn nhiễu chuyển

đổi thành điện áp DC điều chỉnh.



Các vịng phản hồi kín duy trì đầu ra điện áp không đổi ngay
cả khi thay đổi điện áp đầu vào và dịng điện đầu ra.



Với hiệu suất 90%, nó thường hiệu quả hơn và nhỏ hơn
nhiều so với bộ điều chỉnh tuyến tính.



Nhược điểm của nó là nhiễu và phức tạp.


 Bộ chuyển đổi DC-AC
 Chức năng của Bộ chuyển đổi DC/AC giúp chuyển đổi nguồn
năng lượng điện từ nguồn DC (Dòng điện một chiều) sang AC
(Dòng điện xoay chiều) hoặc ngược lại. Bộ chuyển đổi DC/AC
bao gồm 2 thành phần là bộ biến tần và bộ chỉnh lưu.

Hình 2.4 Bộ chuyển đổi AC




Bộ biến tần là một thiết bị điện chuyển đổi điện từ nguồn
DC (Dòng điện một chiều) sang AC (Dòng điện xoay chiều).

Nguồn điện một chiều từ Pin, được cấp cho cuộn dây sơ cấp
trong một máy biến áp bên trong vỏ biến tần. 



Bộ chỉnh lưu là một thiết bị tương tự như biến tần ngoại trừ
nó hoạt động ngược lại chuyển đổi nguồn AC thành nguồn
DC bằng cách sử dụng hàng loạt các Diode hoặc tụ điện
giúp điều chỉnh và dập tắt dao động của dòng điện AC. 


 Ắc quy nikel-kim loại hydrua HV
 Sử dụng loại Niken- kim loại hydrua (ắc qui hydrua kim lọai
kiềm (NiNH)). Cơng nghệ ắc qui giống như điện thoại và máy
tính xách tay.
 Bộ ắc qui HV gồm 6 ngăn Niken-kim loại hydrua 1.2V được mắc
nối tiếp tạo thành 1 môđun.
 28 môđun được kết nối cho điện áp định mức 201.6V.

Hình 2.5 Ắc qui HV


 ECU ắc qui
 Đánh giá tỉ lệ dịng nạp/phóng và cơng suất nạp và phóng u
cầu đến ECU HV để duy trì tình trạng nạp ở mức trung tâm.
 Đánh giá lượng nhiệt phát ra trong thời gian nạp và phóng, và
điều chỉnh quạt làm mát để duy trì nhiệt độ ắc qui HV
 Kiểm tra nhiệt độ và điện áp của ắc qui và nếu có sự sai chức
năng được tìm thấy, thì có thể ngăn chặn hoặc dừng việc nạp
và phóng để bảo vệ ắc qui.

 Trạng thái nạp: (SOC)

Hình 2.6 ECU ắc qui




ECU ắc qui kiểm tra sự ổn định của nhiệt độ, điện áp, dịng
điện của ắc qui HV. Nó cũng kiểm tra sự rò rỉ của ắc qui HV.



Trong khi xe chuyển động, ắc qui HV chịu đựng sự lặp lại
chu trình nạp/phóng khi nó trở nên được phóng bởi MG2
trong thời gian tăng tốc, và được nạp bởi phanh tái sinh
trong thời gian giảm tốc.



ECU ắc qui đánh giá dịng nạp/phóng và cơng suất
nạp/phóng u cầu đến ECU HV để duy trì trạng thái nạp tại
mức trung tâm.