(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của ô tô Toyota Prius Hybrid 2007

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA Ô TÔ
TOYOTA PRIUS HYBRID 2007

SVTH :

TRẦN HỒNG QUÂN

MSSV:

14145220

SVTH :

LÊ DUY THỊNH

MSSV:

14145276

GVHD:

THS. NGUYỄN VĂN THÌNH


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh,

chúng em đã được học hỏi và lĩnh hội nhiều kiến thức quý báu từ quý thầy cô, để
làm nền tảng cho việc nghiên cứu và tiếp cận thêm nhiều tài liệu mới một cách có
hiệu quả.
Trong q trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã
tạo điều kiện cho chúng em theo học lớp đại học chính quy, chuyên ngành Cơ Khí
Động Lực.
Quý Thầy Cơ tham gia giảng dạy lớp Đại học chính quy về đại cương và
chuyên ngành Cơ khí động lực niên khóa 2014-2018 đã trang bị cho chúng em kiến
thức giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Thầy hướng dẫn Th.S Nguyễn Văn Thình đã chia sẻ những kiến thức,
thơng tin rất bổ ích, hướng dẫn tận tình và đặc biệt những lời khuyên quý báu của
Thầy cho chúng em trong thời gian chúng em làm đồ án tốt nghiệp.
Các Thầy phản biện đóng góp những ý kiến quý báu giúp chúng em hoàn
thiện nội dung đồ án tốt nghiệp
Anh Phạm Đình Lin , kỹ thuật viên của TOYOTA ĐƠNG SÀI GỊN đã
cung cấp cho chúng em những thơng tin chun mơn q báu, để từ đó chúng em
có cơ sở nghiên cứu một cách chuyên sâu, hệ thống và tiếp cận tốt với tình hình
phát triển thực tế của hệ thống hybrid
Cuối cùng, trong quá trình thực hiện đồ án, do trình độ tiếng Anh cịn hạn hẹp
cũng như kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi sai sót, rất
mong q Thầy Cơ bỏ qua. Qua đó, chúng em cũng rất mong nhận được ý kiến
đóng góp của q Thầy Cơ để chúng em có thể hồn thiện tốt đồ án tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện
TRẦN HỒNG QUÂN
LÊ DUY THỊNH

i

TÓM TẮT
Ở đề tài này, chúng em tập trung nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động,
chức năng, sơ đồ mạch điện và phương pháp chẩn đoán sửa chữa trên xe TOYOTA
PRIUS HYBRID 2007.
Trong phần cấu tạo chúng em đi sâu vào cấu tạo và chức năng các chi tiết, và nêu
khái quát về các nguyên lý áp dụng.
Trong phần ngun lý hoạt động thì đi sâu vào tín hiệu đầu vào các chế độ hoạt
động của xe TOYOTA PRIUS HYBRID 2007
Trong phần mạch điện, chúng em đi vào giải thích cách thức hoạt động, tín hiệu
đầu vào, xử lý, tín hiệu đầu ra của từng cụm bộ phận của hệ thống.
Trong phần hướng dẫn chẩn đoán, sửa chữa, chúng em trình bày các mã lỗi
thường gặp trên xe, cách thức kiểm tra dữ liệu của hệ thống, cách chẩn đoán lỗi và khắc
phục hư hỏng với máy chẩn đoán và dụng cụ đặc biệt của hãng TOYOTA PRIUS
HYBRID 2007
Tham khảo tài liệu và tiếp cận với đề tài thơng qua internet, tài liệu của hãng,
dịch tiếng nước ngồi, tổng hợp tài liệu, phân tích và giải quyết vấn đề.
Kết quả là hiểu rõ về các cấu tạo và nguyên lý hoạt động và phương pháp chẩn
đoán, sửa chữa cơ bản của các hệ thống trong đề tài, nâng cao được vốn tiếng Anh cần
thiết và cuốn thuyết minh có thể làm một tư liệu cho các sinh viên ngành ôtô.

ii


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ........................................................................................................................... i
Tóm tắt ................................................................................................................................ ii
Mục lục ............................................................................................................................. iiii
Danh mục ký hiệu viết tắt .................................................................................................. vi
Danh mục các hình............................................................................................................ vii
Danh mục các bảng ............................................................................................................ xi

Chương 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................1
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ XE HYBRID .....................................................................3
2.1. Định nghĩa về Hybrid .................................................................................................3
2.1.1. Những nền tảng hybrid phổ biến .........................................................................3
2.2. Tổng quan về xe TOYOTA PRIUS HYBRID 2007 ..................................................8
2.2.1. Thông số kỹ thuật ................................................................................................8
2.2.2. THS II (TOYOTA HYBRID SYSTEM – II) trên xe PRIUS 2007 ..................10
Chương 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THS-II
TRÊN XE TOYOTA PRIUS HYBRID 2007 ................................................................11
3.1. Cấu tạo của hệ thống hybrid trên xe TOYOTA PRIUS HYBRID 2007.................11
3.1.1. Vị trí trên xe ......................................................................................................11
3.1.2. Động cơ 1NZ-FXE ............................................................................................12
3.1.3. Cụm truyền động Hybrid ..................................................................................16
3.1.4. Bộ đổi điện ........................................................................................................22
3.1.5. Ắc quy HV ........................................................................................................32
3.1.6. Hệ thống làm mát cho hệ thống hybrid .............................................................38
3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống hybrid trên Toyota Prius Hybrid 2007 ............41
3.3 Hệ thống điều khiển của hệ thống trên xe Toyota Prius Hybrid 2007 .....................57
3.3.1. Tính tốn cơng suất ra HV ................................................................................59
iii


3.3.2. Điều khiển chế độ lái xe ....................................................................................64
3.3.3. Điều khiển SMR ................................................................................................67
3.3.5. Điều khiển bộ kích điện ....................................................................................68
3.3.4. Điều khiển bộ đổi điện ......................................................................................69
3.3.6. Điều khiển lực kéo của motor ...........................................................................70
3.3.7. Điều khiển phanh tái sinh ..................................................................................72
3.3.8. Điều khiển E-Four .............................................................................................73
3.3.9. Điều khiển ắc quy HV .......................................................................................75

3.3.10. Điều khiển quạt làm mát của ắc quy HV ........................................................76
Chương 4: SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN CỦA HYBRID VEHICLE .....................................78
4.1. Sơ đồ hệ thống mạch điện trên xe TOYOTA PRIUS HYBRID 2007 ....................78
4.2. Bộ đổi điện (Inverter): .............................................................................................95
4.2.1. Bộ đổi điện (Inverter): .......................................................................................95
4.2.2. Bộ đổi điện tăng cường (Converter): ..............................................................100
4.2.3. Cơng tắc khóa mạch (Interlock SW) ...............................................................102
4.2.4. Bộ đổi nguồn DC/DC ......................................................................................103
4.3. MG1 và MG2 (Motor Generator No.1 và No.2) ...................................................105
4.3.1. MG1 (Motor Generator No.1) .........................................................................105
4.3.2. MG2 (Motor Generator No.2) .........................................................................106
4.4. ECU ắc quy (Battery ECU) ...................................................................................107
4.4.1. ECU ắc quy .....................................................................................................107
4.4.2. Hệ thống làm mát ắc quy HV..........................................................................111
4.5. Cảm biến bàn đạp ga (Accel Position Sensor) ......................................................112
4.6. Cảm biến vị trí cần chuyển số (Shift Lever Position Sensor) ...............................113
4.7. Cảm biến của bộ ngắt mạch (Circuit Breaker Sensor) ..........................................116

iv


4.8. Mạng CAN .............................................................................................................117
4.8.1. Định nghĩa .......................................................................................................117
4.8.2. Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của CAN ...................................................117
4.9. Nguyên lý khởi động MG ......................................................................................120
Chương 5: HƯỚNG DẪN CHẨN ĐOÁN VÀ SỬA CHỮA ......................................121
5.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................121
5.2. Chẩn đoán hư hỏng trên xe hybrid ........................................................................121
5.2.1. Kiểm tra mã lỗi................................................................................................121
5.2.2. Chẩn đoán hệ thống HV dựa vào các triệu chứng hư hỏng ............................128

5.3. Những lưu ý khi sửa chữa .....................................................................................131
5.3.1. Mạch điện cao áp. ...........................................................................................131
5.3.2. Ắc quy HV ......................................................................................................135
5.3.3. Ắc quy phụ ......................................................................................................137
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................138
6.1. Kết luận ..................................................................................................................138
6.2. Đề nghị ...................................................................................................................138
Danh mục tài liệu tham khảo

v


DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
A/T

Automatic Tranmission

ABDC

After Bottom Death Center

AC

Alternating Current

ATDC

After Top Death Center

BBDC

Before Bottom Death Center

BTDC

Before Top Death Center

CVT

Continuously Variable Transmission

DC

Direct Current

DOHC

Double Overhead Camshaft

ECU

Electronic Control Unit

ECM

Electronic Control Module

EV

Electric Vehicle

ICE

Internal Combustion Engine

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor (Tranzito 2 cổng cách điện)

IPM

Intelligent Power Module (Môđun nguồn thông minh)

HV CPU

Hybrid Vehicle Central Processing Unit

M/T

Manual Tranmission

MG

Motor Generator

MG1

Motor Generator No.1

MG2

Motor Generator No.2

PWM

Pulse Width Modulation( Mô-đun điều khiển độ rộng xung)

SMR

System Main Relay

SOC

State of Charge (Tình trạng nạp)

THS

Toyota Hybrid System

VVT-i

Variable Valve Timing with intelligence

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Xe Toyota Prius Hybrid .......................................................................................3
Hình 2.2. Hoạt động của loại series hybrid..........................................................................4
Hình 2.3. Hoạt động của loại parallel hybrid .......................................................................5

Hình 2.4. Cơ cấu kết cấu kiểu kết hợp .................................................................................6
Hình 2.5. Kết hợp của bánh răng hành tinh trong xe hybrid ...............................................6
Hình 2.6. Toyota Prius Hybrid 2007....................................................................................8
Hình 2.7. Logo xe Hybrid ..................................................................................................10
Hình 2.8. Sự khác nhau giữa THS và THS-II ...................................................................10
Hình 3.1. Vị trí chi tiết từng bộ phận trên xe .....................................................................11
Hình 3.2. Sơ đồ hoạt động của các bộ phận trên xe Hybrid ..............................................12
Hình 3.3. Động cơ 1NZ-FXE ............................................................................................12
Hình 3.4. So sánh nguyên lý làm việc của 2 chu trình ......................................................14
Hình 3.5. Đường đặc tính của 2 chu trình..........................................................................15
Hình 3.6. Thời điểm phối khí và dung tích xi-lanh của chu trình .....................................16
Hình 3.7. Vị trí của MG1 và MG2 .....................................................................................17
Hình 3.8. Sơ đồ hệ thống của MG1 và MG2 .....................................................................18
Hình 3.9. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của MG .............................................................19
Hình 3.10. Biểu đồ và nguyên lý hoạt động của motor .....................................................20
Hình 3.11. Biểu đồ mơ-men và tốc độ của motor ..............................................................20
Hình 3.12. Bộ phân tích .....................................................................................................21
Hình 3.13. Bộ đổi điện .......................................................................................................22
Hình 3.14. Sơ đồ hoạt động của bộ đổi điện ......................................................................23
Hình 3.15. Chuyển đổi dòng 1 chiều sang dòng xoay chiều và ngược lại ........................24
Hình 3.16. Biểu đồ chuyển đổi điện từ DC sang AC.........................................................24
Hình 3.17. Biểu đồ hình sin của điện áp ............................................................................24
Hình 3.18. Cấu tạo của bộ đổi điện....................................................................................25
Hình 3.19. Chế độ làm việc IGBT3 và IGBT5 ON ...........................................................26
Hình 3.20. Chế độ làm việc IGBT1, IGBT3 và IGBT5 ON ..............................................26
Hình 3.21. Nguyên lý phát ra điện .....................................................................................27
Hình 3.22. Ngun lý kiểm sốt mô-men 0 .......................................................................28
vii

Hình 3.23. Sơ đồ mơ tả bộ chuyển đổi tăng cường ...........................................................29
Hình 3.24. Cấu tạo của bộ chuyển đổi tăng cường ............................................................29
Hình 3.25. Sơ đồ mạch điện của bộ chuyển đổi DC/DC ...................................................31
Hình 3.26. Sơ đồ mạch điện của bộ đổi điện AC ..............................................................31
Hình 3.27. Ắc quy HV .......................................................................................................32
Hình 3.28. Biểu đồ đặc tính của ắc quy HV ......................................................................33
Hình 3.29. Cấu tạo của ắc quy HV ....................................................................................34
Hình 3.30. Sơ đồ nguồn cấp chính từ ắc quy HV ..............................................................34
Hình 3.31. Mơ-đun ắc quy HV ..........................................................................................35
Hình 3.32. Tay nắm nút sửa chữa ......................................................................................35
Hình 3.33. Vị trí của cơng tắc khóa liên động trong ắc quy ..............................................36
Hình 3.34. Sơ đồ vị trí của SMR .......................................................................................36
Hình 3.35. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều khiển ắc quy ......................................................37
Hình 3.36. Vị trí ắc quy phụ trong cốp xe .........................................................................38
Hình 3.37. Cấu tạo hệ thống làm mát cho hệ thống hybrid ...............................................38
Hình 3.38. Các bộ phận của hệ thống làm mát HV ...........................................................40
Hình 3.39. Sơ đồ hệ thống điều khiển HV .........................................................................58
Hình 3.40. Sơ đồ thể hiện trình tự điều khiển HV .............................................................59
Hình 3.41. Cấu tạo bàn đạp chân ga ..................................................................................60
Hình 3.42. Mối liên hệ giữa tốc độ xe, vị trí bàn đạp ga và lực dẫn động.........................60
Hình 3.43. Cơng suất nạp ắc quy HV u cầu ...................................................................61
Hình 3.44. Đồ thị đặc tính đánh giá khởi động động cơ ....................................................61
Hình 3.45. Đồ thị tính tốn tốc độ động cơ .......................................................................61
Hình 3.46. Đồ thị mơ-men xác định lực moment MG1 .....................................................62
Hình 3.47. Đồ thị tính tốn moment từ động cơ ................................................................63
Hình 3.48. Đồ thị đặc tính moment của THS-II và xe có hộp số .....................................63
Hình 3.49. Đồ thị chế độ ECO ...........................................................................................65
Hình 3.50. Đồ thị chế độ PWR ..........................................................................................66
Hình 3.51. Đồ thị chế độ ECO ...........................................................................................66
Hình 3.52. Sơ đồ điều khiển SMR .....................................................................................67

Hình 3.53. Sơ đồ SMR của xe PRIUS (ZVW30) ..............................................................67
viii


Hình 3.54. Đồ thị biểu thị thời điểm khuếch đại của ắc quy HV ......................................68
Hình 3.55.Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi tăng cường .....................................................68
Hình 3.56. Sơ đồ điều khiển bộ đổi điện ...........................................................................69
Hình 3.57. Dải điều khiển của các chế độ .........................................................................70
Hình 3.58. Sự thay đổi về tốc độ quay của MG2 khi bị trượt ...........................................71
Hình 3.59. Sơ đồ hệ thống điều khiển phanh tái sinh ........................................................72
Hình 3.60. Sự phân phối lực phanh theo sự thay đổi của vận tốc xe.................................73
Hình 3.61. Sơ đồ hệ thống điều khiển E-Four ...................................................................74
Hình 3.62. Mơ tả các sự thay đổi các cầu dẫn động của E-Four .......................................74
Hình 3.63. Sơ đồ hệ thống điều khiển ắc quy HV .............................................................75
Hình 3.64. Hiển thị màn hình năng lượng của pin HV ......................................................76
Hình 3.65. Sơ đồ điều khiển hệ thống làm mát .................................................................76
Hình 4.1. Các ký hiệu cực trên bộ đổi điện .......................................................................95
Hình 4.2. Nguồn và mát của bộ đổi điện ...........................................................................95
Hình 4.3. Sơ đồ mạch cảm biến dịng của bộ đổi điện ......................................................98
Hình 4.4. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ của bộ đổi điện .................................................99
Hình 4.5. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ của bộ đổi điện tăng cường ............................101
Hình 4.6. Giắc nối cơng tắc khóa mạch ...........................................................................102
Hình 4.7. Các ký hiệu cực trên giắc nối của bộ đổi nguồn DC/DC.................................103
Hình 4.8. Các ký hiệu cực trên MG1 ...............................................................................105
Hình 4.9. Các cực của giắc nối ECU ắc quy....................................................................107
Hình 4.10. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ ắc quy cho mơ-đun ắc quy ...........................109
Hình 4.11. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ cho khí làm mát ............................................110
Hình 4.12. Sơ đồ mạch của cảm biến dịng điện .............................................................110
Hình 4.13. Các cực giắc nối của cảm biến bàn đạp ga ....................................................112
Hình 4.14. Các cực giắc nối của cảm biến vị trí cần chuyển số ......................................113

Hình 4.15. Sơ đồ mạch của cảm biến bộ ngắt mạch ........................................................116
Hình 4.16. Đường bus CAN ............................................................................................118
Hình 4.17. Cấu trúc một nút CAN ...................................................................................118
Hình 4.18. Đường CANH ................................................................................................119
Hình 4.19. Đường CANL ................................................................................................119
ix


Hình 4.20. Xác định trạng thái bus thơng qua sai lệch áp ...............................................119
Hình 5.1. Dữ liệu hiển thị tức thời trên máy chẩn đốn ..................................................122
Hình 5.2. Đồ thị đặc tính vượt áp của bộ đổi điện ...........................................................123
Hình 5.3. Mê-ga ơm kế ....................................................................................................127
Hình 5.4. Cách kiểm tra ngắn mạch các pha điện............................................................128
Hình 5.5. Vị trí dây nguồn cao áp trên xe hybrid ............................................................131
Hình 5.6. Cách điện cho mạch điện cao áp và ngắt mạch điện cao áp ............................132
Hình 5.7. Nắp cực của bộ đổi điện có giắc nối ...............................................................133
Hình 5.8. Dụng cụ phải được cách điện ...........................................................................134
Hình 5.9. Cực cao áp và giắc nối ....................................................................................134
Hình 5.10. Dùng máy nạp THS để nạp ắc quy HV .........................................................135

x


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Bảng so sánh các tính năng của các hệ thống Hybrid .........................................7
Bảng 2.2. Bảng thông số kỹ thuật của xe Toyota Prius Hybrid 2007..................................8
Bảng 2.3. Bảng so sánh xe hybrid với xe thông thường ......................................................9
Bảng 3.1. Các bộ phận trên xe Hybrid ...............................................................................11
Bảng 3.2. So sánh thông số kỹ thuật giữa PRIUS (ZVW30) và COROLLA ....................13
Bảng 3.3. Các bộ phận trong cụm truyền động hybird ......................................................17

Bảng 3.4. Thông số kỹ thuật của MG1 và MG2 ................................................................17
Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật ắc quy HV của TOYOTA PRIUS HYBRID .......................32
Bảng 3.6. Thông số kỹ thuật của bơm nước và mô tả nước làm mát ................................39
Bảng 3.7. So sánh thông số kỹ thuật của THS và THS-II .................................................40
Bảng 3.8. Đặc tính mơ-men của các trạng thái hoạt động xe hybrid .................................42
Bảng 3.9. Các hệ thống điều khiển trên xe Toyota Prius Hybrid 2007 .............................57
Bảng 3.10. Mô tả các chế độ lái xe. ...................................................................................64
Bảng 3.11. Mô tả chế độ lái điện EV. ................................................................................64
Bảng 3.12. Bảng tín hiệu vận hành bộ đổi điện .................................................................69
Bảng 4.1. Mô tả các cực của bộ biến đổi điện ...................................................................96
Bảng 4.2. Mô tả các cực của bộ biến đổi điện tăng cường ..............................................100
Bảng 4.3. Mơ tả cực của cơng tắc khóa mạch .................................................................102
Bảng 4.4. Mô tả các cực của bộ đổi nguồn DC/DC.........................................................103
Bảng 4.5. Mô tả các cực của MG1...................................................................................105
Bảng 4.6. Mô tả các cực của MG2...................................................................................106
Bảng 4.7. Mô tả các cực của ECU ắc quy .......................................................................107
Bảng 4.8. Mô tả các cực của bộ điểu khiển motor...........................................................111
Bảng 4.9. Mô tả các cực của cảm biến bàn đạp ga ..........................................................112
Bảng 4.10. Mô tả các cực của cảm biến vị trí cần chuyển số và cảm biến chọn số. .......113
Bảng 4.11. Mô tả các cực của cảm biến bộ ngắt mạch ....................................................116
Bảng 5.1. Một số mã lỗi thường gặp của motor dẫn động...............................................122
Bảng 5.2. Cơ chế lưu đa mã lỗi khi có nhiều lỗi xảy ra...................................................123
Bảng 5.3. Một số mã lỗi thường gặp khi các chức năng bình thường .............................124
Bảng 5.4. Các mã lỗi của hệ thống cần chuyển số bằng điện ..........................................125
xi


Bảng 5.5. Các mã lỗi riêng của hệ thống hybrid..............................................................125
Bảng 5.6. Khu vực hư hỏng được xác định khi xe thoát khỏi trạng thái READY-ON ...126
Bảng 5.7. Các triệu chứng hư hỏng không được lưu khi hư hỏng...................................129

Bảng 5.8. Các đặc tính hoạt động riêng của xe Hybrid ...................................................129

xii


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung khơng
giống nhau (mỗi nước có quy định riêng về khí thải của xe) nhưng đều có xu hướng từng
bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ô tô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu
sự hao nhiên liệu. Mặt khác không những trong tương lai mà hiện nay nguồn tài nguyên
dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại
tăng không đáng kể. Ngày nay xe chạy bằng dầu diesel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đã
phổ biến trên thị trường dẫn đến ơ nhiễm mơi trường do khí xả của động cơ, làm bầu khí
quyển ngày càng xấu đi, hệ sinh thái thay đổi dẫn đến hiệu ứng nhà kính. Ngồi ra, nguồn
nhiên liệu hóa thạch để phục vụ cho các hoạt động công nghiệp và phương tiện vận chuyển
là dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt do nguồn cung giới hạn, nhu cầu sử dụng tăng.
Đứng trước nhu cầu cấp bách đó việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây
ơ nhiễm mơi trường là vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ơ tơ nói riêng
và mọi người nói chung. Vì thế, nhu cầu sử dụng những nguồn năng lượng tái tạo, năng
lượng sạch ngày càng trở nên bức thiết mà trong lĩnh vực giao thông đường bộ, các loại ô
tô sử dụng điện, xăng và điện (hybrid)…đang được phát triển mạnh mẽ. Trong số này, xe
hybrid được xem là một trong những dịng xe phù hợp với giao thơng tại Việt Nam cũng
như nhiều quốc gia trên thế giới
Sự yêu thích và mong muốn tìm hiểu thêm về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đọc hiểu sơ
đồ mạch điện và chẩn đoán, sửa chữa của các hệ thống hybrid này trên dòng xe TOYOTA
PRIUS HYBRID 2007.

1.2. Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu xe hybrid và nguyên lý hoạt động của hệ thống hybrid trên xe TOYOTA

PRIUS HYBRID 2007

1.3. Phạm vi nghiên cứu
-

Đề tài đi sâu vào nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống hybrid
trên xe

-

Tìm hiểu sơ đồ mạch điện trên xe Toyota Prius Hybrid 2007

-

Nêu khái quát về một số lỗi hư hỏng thường gặp của các hệ thống trên xe.
1


1.4. Phương pháp nghiên cứu
-

Tham khảo tài liệu: thông qua tài liệu đào tạo của hãng Toyota, dịch tiếng nước
ngoài, internet, tài liệu thống kê, biểu đồ, sơ đồ.

-

Tổng hợp tài liệu, phân tích tài liệu, giải quyết các vướng mắc, kết luận.

2

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ XE HYBRID
2.1. Định nghĩa về Hybrid

Hình 2.1. Xe Toyota Prius Hybrid
Một chiếc xe được gọi là "Hybrid" nếu nó sử dụng từ 2 loại năng lượng trở lên để
tạo ra lực kéo. Nói một cách chính xác hơn, xe Hybrid sẽ được trang bị một động cơ đốt
trong truyền thống, một bình chứa nhiên liệu, một khối pin và một hay nhiều động cơ điện.
Xe Hybrid được chế tạo để kết hợp động cơ xăng và động cơ điện một cách hợp lý
nhằm đạt được những yêu cầu khác nhau, ví dụ như: cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu, gia
tăng sức mạnh hoặc cung cấp thêm năng lượng cho những thiết bị điện tử và tiện nghi trên
xe,...
2.1.1. Những nền tảng hybrid phổ biến
 Hybrid nối tiếp
Trong hệ thống Series Hybrid, động cơ đốt trong điều khiển một máy phát (thường
là máy phát chỉnh lưu 3 pha) thay vì trực tiếp truyền động bánh xe. Máy phát điện sạc
pin và cấp điện cho một động cơ điện để vận hành xe khi đó địi hỏi một lượng điện
lớn, động cơ sử dụng cả điện từ pin và máy phát điện.

3


Kiểu series hybrid đã tồn tại một thời gian dài: đầu máy dầu-điện, máy cẩu đất
thủy lực,…

Hình 2.2. Hoạt động của loại series hybrid
Ưu điểm của series hybrid:
-

Khơng có liên kết cơ khí giữa động cơ và bánh xe. Nhóm máy động cơ phát

điện có thể đặt ở bất kì đâu.

-

Khơng có bộ truyền động cơ khí truyền thống (hộp số, trục truyền động) 
Tiết kiệm được không gian trên xe.

-

Động cơ có thể hoạt động ở số vịng quay ngắn (phạm vi hiệu quả nhất), ngay
cả khi xe thay đổi tốc độ.

-

Hoạt động hiệu quả khi lái xe trong thành phố.

Nhược điểm của series hybrid:
-

Tổng trọng lượng, chi phí của hệ thống truyền động có thể là q nhiều

-

Cơng suất của động cơ đốt trong phải tiêu hao cho cả máy phát điện và động
cơ điện .

4


 Hybrid song song

Hệ thống lai song song (parallel hybrid) có cả động cơ đốt trong và động cơ điện
song song kết nối cơ khí với nhau .

Hình 2.3. Hoạt động của loại parallel hybrid
Hầu hết các thiết kế kết hợp một máy phát điện lớn và động cơ vào một cụm, thường
nằm giữa động cơ đốt trong và bộ truyền động, thay thế cho động cơ khởi động truyền
thống và máy phát điện. Pin có thể được sạc lại trong quá trình phanh và trong quá trình
chạy (khi điện ICE cao hơn công suất cần thiết cho động cơ đẩy). Vì có một liên kết cố
định giữa bánh xe và động cơ nên không thể sạc pin khi xe không di chuyển.
Ưu điểm của kiểu parallel hybrid:
-

Cho hiệu suất cao hơn trong suốt quá trình chạy và trên đường cao tốc

-

Linh hoạt trong chuyển đổi giữa động cơ nhiệt và động cơ điện

Nhược điểm của kiểu parallel hybrid:
-

Động cơ khơng vận hành trong phạm vi số vịng quay thấp hoặc không đổi,
do hiệu quả giảm ở tốc độ thấp.

-

Hệ thống phức tạp.
5

 Hybrid kết hợp (THS – TOYOTA HYBRID SYSTEM)
Hệ thống lai kết có tính năng của 2 kiểu series và parallel hybrid . Đó là sự kết nối
giữa động cơ và trục truyền động: Cơ và điện

Hình 2.4. Cơ cấu kết cấu kiểu kết hợp
Ở tốc độ thấp, hệ thống này sẽ hoạt động như kiểu hybrid nối tiếp, trong khi ở tốc
độ cao hiệu suất của kiểu nối tiếp khơng đạt hiệu quả cao thì động cơ sẽ hoạt động. Hệ
thống này thì phức tạp hơn so với kiểu hybrid song song vì nó có thêm một máy phát điện
bổ sung.

Hình 2.5. Kết hợp của bánh răng hành tinh trong xe hybrid

6


Ưu điểm của kiểu hybrid kết hợp:
-

Linh hoạt chuyển đổi giữa điện và động cơ

-

Thiết kế động cơ nhỏ hơn, nhẹ hơn và hiệu quả hơn do sự tách rời công
suất động cơ và điện

Nhược điểm của kiểu hybrid kết hợp:
-

Rất phức tạp, tốn kém hơn hệ thống hybrid kiểu song song

-

Hiệu quả truyền tải điện thấp do phải truyền điện qua đường dây, nhiều bộ
chuyển đổi lên có thể giảm hiệu suất truyền điện từ 98% xuống còn 70%.

Bảng 2.1. Bảng so sánh các tính năng của các hệ thống Hybrid

Tính năng lái xe

Cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu

Hệ thống

Cải thiện
tính tiết
kiệm nhiên
liệu

Phục hồi và
tái sử dụng
năng lượng

Kiểm sốt
hoạt động
hiệu suất
cao

Tổng
hiệu
suất

Tăng
tốc

Cơng suất
ra ở mức
cao liên tục

Nối tiếp













Song song

























THS (Nối
tiếp - song
song)
Chú thích

: Rất tốt

: Tốt

: Cần cải thiện

7

2.2.

Tổng quan về xe TOYOTA PRIUS HYBRID 2007

2.2.1. Thông số kỹ thuật

Hình 2.6. Toyota Prius Hybrid 2007
Bảng 2.2. Bảng thơng số kỹ thuật của xe Toyota Prius Hybrid 2007
ĐỘNG CƠ
Loại (THS)

Kết hợp động cơ xăng 1NZ-FXE và động cơ điện 500V,
VVT-i kép, 4 xylanh thẳng hàng, 16 van DOHC

Dung tích xylanh

1.5

Mô men xoắn cực đại

112 / 4200

(Nm/rpm)
Công suất cực đại động cơ

57 / 5000

(kW/rpm)

Công suất cực đại của motor 50/1200
điện (KW/rpm)
Dung lượng PIN (KW)

82

Bố trí động cơ

Đặt phía trước

Vật liệu gia công thân, nắp Hợp kim nhôm
động cơ
HỆ THỐNG TREO
Treo trước

Hệ thống treo độc lập, lò xo cuộn và thanh cân bằng

8


Liên kết 4 điểm, lò xo cuộn và thanh cân bằng

Treo sau

HỘP SỐ
Tự động 1 cấp

Loại

SỨC CHỨA

Số ghế

5
KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG

Khối lượng xe (kg)

1721

Chiều dài cơ sở (mm)

2700

Chiều dài (mm)

4445

Chiều rộng (mm)

1725

Chiều cao (mm)

1475

 So sánh xe hybrid và xe thông thường
Bảng 2.3. Bảng so sánh xe hybrid với xe thông thường
Hạng mục

Nguồn

công suất

Hộp số

Xe thông
thường

Động cơ
Động cơ

Motor
Máy phát

Bộ chia công suất

Ắc quy

Hệ thống
truyền lực

không hoạt động. Công suất của
động cơ được sử dụng để dẫn động
xe và tạo ra điện năng.

, máy phát.
Có chức năng như một CVT.

CVT
Phanh

Motor dẫn động xe khi động cơ

Phân chia công suất động cơ, mô tơ

A/T
M/T

Lưu ý cho xe Hybrid

Xe lai Hybrid

Phanh thủy

Phanh thủy lực

Phối hợp điều khiển giữa phanh

lực

phanh tái sinh

thủy lực và phanh tái sinh.

Ắc quy 12 V

Điện áp cao để dẫn động mô tơ kéo

Ắc quy 12 V

ECM

Ắc quy 201.6 V

xe.

ECU ắc quy HV

Các thiết bị này điều khiển động cơ,

ECM

motor và máy phát.

Bộ đổi điện
9


2.2.2. THS II (TOYOTA HYBRID SYSTEM – II) trên xe PRIUS 2007
Xe Prius mới hoạt động dưới THS-II nó mang từ các hệ thống cơ bản từ hệ thống
THS của xe đời cũ. THS-II theo đuổi hình mẫu chiếc xe thân thiện với môi trường và công
suất cao, theo sau quan điểm "HYBRID SYNERGY DRIVE". Sự cải tiến này tăng tính
năng của xe thơng qua sự điều phối giữa cơng suất mơtơ và cơng suất động cơ.

Hình 2.7. Logo xe Hybrid
Bằng cách trang bị THS-II, xe PRIUS có thể đáp ứng được tính cân bằng giữa hiệu
năng và tính tiết kiệm nhiên liệu thông qua sự điều phối giữa hiệu suất cao của motor ở tốc
độ thấp và hiệu suất cao của động cơ ở tốc độ ổn định.
 Các điểm khác nhau chính giữa THS và THS-II

Hình 2.8. Sự khác nhau giữa THS và THS-II

10


Chương 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN HOẠT ĐỘNG CỦA
HỆ THỐNG THS-II TRÊN XE TOYOTA PRIUS HYBRID
2007
3.1. Cấu tạo của hệ thống hybrid trên xe TOYOTA PRIUS HYBRID 2007

3.1.1. Vị trí trên xe

Hình 3.1. Vị trí chi tiết từng bộ phận trên xe
Bảng 3.1. Các bộ phận trên xe Hybrid
1 Động cơ xăng 1NZ-FXE

2 Ắc quy phụ

3 Ắc quy HV

4 Cáp nguồn
Cụm truyền động Hybrid

5 ECU điều khiển nguồn (HV CPU)

6 - Máy phát (MG1)
- Motor (MG2)-

Bộ đổi điện
7

-Bộ chuyển đổi tăng cường
-Bộ đổi điện

8 Máy nén và mơtơ (có bộ đổi điện)

-Bộ đổi điện DC/DC
11


Hình 3.2. Sơ đồ hoạt động của các bộ phận trên xe Hybrid
3.1.2. Động cơ 1NZ-FXE

Hình 3.3. Động cơ 1NZ-FXE
12