Ứng dụng phần mềm để tính toán thiết kế hệ thống truyền lực trên xe hybrid

TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ĐỂ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE HYBRID ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ

ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ĐỂ TÍNH TỐN THIẾT KẾ

HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE HYBRID

Người hướng dẫn: GVC.ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Hưng

Hứa Ngọc Lâm

Mã sinh viên: 1811504210310

1811504210424

Lớp: 18DL3

18DL4

Đà Nẵng, 02/2022

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ

ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ĐỂ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ

THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE HYBRID

Người hướng dẫn: GVC.ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Hưng

Hứa Ngọc Lâm

Mã sinh viên: 1811504210310

1811504210424

Lớp: 18DL3

18DL4

Đà Nẵng, 02/2022

{Trang trắng này dùng để dán bản Nhận xét của người hướng dẫn, hoặc
thay trang này bằng Nhận xét của người hướng dẫn}

4

{Trang trắng này dùng để dán bản Nhận xét, đánh giá của đại diện doanh nghiệp
(nếu có), hoặc thay trang này bằng Nhận xét, đánh giá của doanh nghiệp}

5

{Trang trắng này dùng để dán bản Nhận xét của người phản biện, hoặc thay
trang này bằng Nhận xét của người phản biện}

6

TÓM TẮT
Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm để tính toán và thiết kế hệ thống truyền lực
cho xe Hybrid.
Hệ thống truyền lực của xe Hybrid giúp xe kết nối giữa hai nguồn động lực và
truyền, biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động sao cho phù hợp
giữa chế độ làm việc của động cơ và mô men cản sinh ra trong q trình ơ tơ
chuyển động. Trong đề tài này nhóm chúng em tập trung nghiên cứu về:
- Giới thiệu tổng quan về ôtô hybrid, các loại hybrid và các ưu điểm của xe
hybrid.
- Sử dụng phần mềm Mathcad, Excel để tính tốn.
- Tìm hiểu các phương án truyền động trên xe, từ đó đưa ra phương án thiết
kế của đề tài.
- Thiết kế các
- Phân tích các chế độ làm việc của xe để phân chia công suất cho từng động

cơ, tính tốn thiết kế các thơng số kích thước cơ bản của bộ kết nối và hộp số, đảm
bảo sự hợp lý khi lắp ghép trong hệ thống. kiểm tra bền một số chi tiết quan trọng
như bánh răng, trục hay mômen ma sát của ly hợp-phanh.

i

{Trang trắng này dùng để dán bản Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp, hoặc thay trang
này bằng Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp}

ii

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang từng bước cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, và ngành ơtơ đóng vai
trị to lớn trong cơng cuộc xây dựng đất nước. Ơ tơ đang dần trở thành phương tiện
được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, nguồn
nhiên liệu dầu mỏ cạn kiệt dần đưa ra bài tốn tìm nhiên liệu thay thế. Cùng với nó,
khí thải của ơtơ là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm của môi trường, và
đặc biệt là ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người. Chính vì vậy, việc tìm ra giải
pháp cải tiến nhiên liệu và hệ thống truyền lực ôtô đang rất cấp thiết.

Đồ án tốt nghiệp em đã được giao nhiệm vụ thiết kế “Ứng dụng phần mềm để
tính tốn và thiết kế hệ thống truyền lực cho xe Hybrid ”.

Đồ án tốt nghiệp là điều kiện tất yếu rất quan trọng mà mọi sinh viên phải
hoàn thành trước khi ra trường. Qua đây sẽ tổng hợp và củng cố lại những kiến thức
đã học, giúp sinh viên hiểu hơn về lý thuyết và biết cách kết hợp giữa lý thuyết với
thực tế.

Em xin chân thành cảm ơn thầy GVC.ThS. Nguyễn Lê Châu Thành đã hết sức

nhiệt tình và tâm huyết khi hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt đồ án này. Đồng
thời em bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo trong bộ mơn ơtơ cùng tồn thể
các bạn trong lớp đã giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án.

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn cũng như thiếu
kinh nghiệm thực tế nên trong khuôn khổ đồ án này sẽ khơng tránh khỏi những
thiếu sót. Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo thêm để đề tài của em được hoàn
thiện hơn.

Đà nẵng, ngày 21 tháng 02 năm 2022
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thành Hưng
Hứa Ngọc Lâm

iii

CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng phần mềm để tính tốn và
thiết kế hệ thống truyền lực cho xe Hybrid ” là cơng trình nghiên cứu của bản thân
mình. Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và
nêu rõ ra tại phần tài liệu tham khảo. Đồng thời những số liệu hay kết quả trình bày
trong đồ án đều mang tính chất trung thực, khơng sao chép, đạo nhái.
Nếu như sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm và chịu tất cả các kỷ luật của
bộ môn cũng như nhà trường đề ra.

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thành Hưng
Hứa Ngọc Lâm

iv

MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn
Nhận xét của người phản biện
TÓM TẮT.........................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................iii
CAM ĐOAN...................................................................................................iv
MỤC LỤC........................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ..........................................................vii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT............................................9
MỞ ĐẦU..........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.............................................................................3
1.1. Định nghĩa xe Hybrid.....................................................................................3
1.2. Các loại xe Hybrid.........................................................................................3
1.3. Ưu điểm của xe Hybrid..................................................................................4
1.4. Đặc điểm xe HEVs.........................................................................................5
1.5. Các bộ phần chính trên xe hybrid...................................................................7
1.6. Các phương án truyền động của xe Hybrid....................................................8
1.6.1. Kiểu hybrid nối tiếp.....................................................................................8
1.6.2. Kiểu hybrid song song.................................................................................9
1.6.3. Kiểu hybrid nối tiếp – song song...............................................................10
1.6.4. Kiểu hybrid hỗn hợp :...............................................................................11
1.7. Giới thiệu về phần mềm Mathcad và phần mềm vẽ AutoCad......................12
1.7.1. Phần mền Mathcad....................................................................................12
1.7.2. Phần mềm AutoCad..................................................................................12

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC
TRÊN Ô TÔ HYBRID............................................................................................13

2.1. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mômen....................................13
2.1 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ.......................................15
2.3. Chọn phương án thiết kế..............................................................................19

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT CỦA XE HYBRID.....................21
3.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực............................................................................21
3.1. Các trạng thái điều khiển của xe...................................................................21

v

3.2. Xác định cơng suất cần thiết.........................................................................23
3.3. Tính chọn động cơ đốt trong........................................................................24
3.4. Tính chọn động cơ điện................................................................................25

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC.................................27
4.1. Tính thiết kế bộ kết nối................................................................................27
4.1.1. Tính tốn các tỉ số số răng giữa các cặp bánh răng trong bộ truyền cơ sở. 27
4.1.2. Tính tốn thiết kế bộ hành tinh..................................................................28
4.1.3. Tính tốn thiết kế trục...............................................................................37
4.1.4. Tính tốn thiết kế phanh............................................................................38
4.2. Tính thiết kế hộp số......................................................................................40
4.2.1. Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực...........................................40
4.2.2. Xác định tỷ số truyền của hộp số ở tay số 1..............................................41
4.2.3. Xác định tỷ số truyền của các tay số trung gian........................................42
4.2.4. Sơ đồ động hộp số và trạng thái các phần tử điều khiển ở từng tay số......43
4.2.5. Tính tốn tỉ số truyền cho từng số truyền riêng biệt..................................43
4.2.6. Tỉ số số răng giữa các cặp bánh răng trong các bộ truyền cơ sở................45
4.2.7. Tính tốn thiết kế các thơng số của hộp số................................................45
4.2.7. Tính tốn thiết kế bộ hành tinh..................................................................46
4.2.8. Tính tốn trục............................................................................................55

4.2.9. Tính tốn thiết kế ly hợp – phanh..............................................................56

KẾT LUẬN....................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................59

vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đặc tính mơmen cơ của động cơ điện.. . .Error: Reference source not
found

Hình 1.2:Đặc tính của động cơ đốt trong......Error: Reference source not found
Hình 1.3:Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hybrid...Error: Reference source not found
Hình 1.4: Xe hybrid với động cơ xăng và điện.......Error: Reference source not
found
Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu nối tiếp...........Error:
Reference source not found
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu song song.......Error:
Reference source not found
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu nối tiếp-song song
...............................................................................Error: Reference source not found
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu phức tạp..........Error:
Reference source not found
Hình 2.1: Thiết bị kết nối mômen.................Error: Reference source not found
Hình 2.2: Một số thiết bị kết nối mômen.......Error: Reference source not found
Hình 2.5: Thiết bị kết nối tốc độ...................Error: Reference source not found
Hình 2.6: Hệ bánh răng hành tinh Willson....Error: Reference source not found
Hình 2.7: Transmoto.....................................Error: Reference source not found
Hình 2.8: Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh

răng hành tinh........................................................Error: Reference source not found
Hình 2.9: Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu transmoto
...............................................................................Error: Reference source not found
Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc độ với hệ
bánh răng hành tinh...............................................Error: Reference source not found
Hình 2.11: Sơ đồ phương án thiết kế.............Error: Reference source not found
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực..............Error: Reference source not found

vii

Hình 3.2. Phân phối nguồn công suất của xe Hybrid....Error: Reference source
not found

Hình 3.3. Các chế độ điều khiển của xe Hybrid.....Error: Reference source not
found

Hình 3.4 Đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ đốt trong....Error: Reference
source not found

Bảng 3.1. Thông số nm, Nm, Mm của động cơ điện..Error: Reference source not
found

Hình 4.1: Sơ đồ bộ kết nối............................Error: Reference source not found
Hình 4.3 Phân tích lực của bộ hành tinh Willson...Error: Reference source not
found
Hình 4.4. Sơ đồ phanh...................................Error: Reference source not found
Bảng 4.1. Thông số của phanh......................Error: Reference source not found
Hình 4.5:Sơ đồ động hộp số kiểu Simson.....Error: Reference source not found
Bảng 4.2. Trạng thái các phần tử điều khiển ở từng tay số......Error: Reference
source not found

Hình 4.6: Dịng truyền cơng suất tay số 1.....Error: Reference source not found
Hình 4.7: Dịng truyền cơng suất tay số 2.....Error: Reference source not found
Hình 4.8: Dịng truyền cơng suất tay số 3.....Error: Reference source not found
Bảng 4.3. Thống kê các tỉ số truyền từng tay số:....Error: Reference source not
found
Bảng 4.4. Thông số của ly hợp và phanh......Error: Reference source not found

viii

ix

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
0

Ứng dụng phần mềm tính tốn thiết kế hệ thống truyền lực trên xe Hybrid

MỞ ĐẦU

Theo Báo cáo Hiện trạng môi trường quốc gia năm 2016, chủ đề “Môi trường
đô thị” do Bộ Tài nguyên và Môi trường vừa tổ chức tại Hà Nội, trong các nguồn
gây ô nhiễm khơng khí tại các đơ thị được chỉ ra trong báo cáo này chủ yếu gồm
hoạt động giao thông vận tải, hoạt động xây dựng, hoạt động của các xí nghiệp nội
đô, sinh hoạt của dân cư, xử lý rác thải và các nguồn ô nhiễm từ ngoại thành chuyển
vào được xem là những ngun nhân chính khiến mơi trường khơng khí tại các khu
đơ thị ngày càng trở nên nhức nhối. Trong tổng lượng phát thải gây ô nhiễm mơi
trường khơng khí đơ thị thì khí thải từ các phương tiện giao thơng cơ giới đường bộ
chiếm vị trí hàng đầu. Trong các loại phương tiện giao thơng thì xe mô tô, xe gắn
máy và xe oto chiếm tỷ lệ lớn nhất đồng thời cũng là nguồn phát thải chất gây ô
nhiễm lớn nhất.

Vì thế, phương tiện giao thơng hạn chế gây ơ nhiễm từ lâu đã là mục tiêu
nghiên cứu của các nhà khoa học. Nhiều giải pháp đã được đưa ra cả về mặt hoàn
thiện kết cấu động cơ, hạn chế tiêu thụ nhiên liệu lẫn tìm kiếm các nguồn nhiên liệu
thay thế xăng dầu truyền thống để giảm mức độ phát thải ô nhiễm. Các nghiên cứu
này trở nên bức thiết khi nguồn dầu lửa ngày càng cạn kiệt, giá dầu thơ thay đổi thất
thường và dường như khơng cịn được kiểm soát bằng những giải pháp truyền thống
mà thế giới đã dùng trong hơn thế kỷ qua.

Thực trạng cho thấy công nghiệp dầu khí vẫn giữ vị trí hàng đầu trong tỷ phần
năng lượng sơ cấp thế giới trong thời gian dài. Tiêu thụ dầu khí dự báo được duy trì
ở mức 7,5-8 tỉ tấn tương đương (Toe). Sản lượng dầu truyền thống sẽ giảm nhưng
được thay thế dần bởi dầu nặng và khí đá phiến dồi dào ở Bắc Mỹ.

SVTH: Thành Hưng- Ngọc Lâm GVHD: GVC.ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

1

Ứng dụng phần mềm tính tốn thiết kế hệ thống truyền lực trên xe Hybrid

Nhưng dự báo chiến lược cho thấy “dầu khí” như một nguồn nguyên liệu/năng
lượng sẽ cạn kiệt dần, hết vai trò lịch sử và cần được thay thế trong tương lai, một
khi cách mạng công nghiệp 4.0 phát triển nhanh làm thay đổi tư duy sử dụng dạng
năng lượng, hiệu quả, chất lượng, bảo vệ môi trường tốt hơn, giảm phát thải khí
CO2.

Dự báo đến năm 2100 nhu cầu năng lượng sơ cấp không tăng, vẫn giữ ở mức
18 tỉ tấn/năm dù dân số và GDP tăng nhờ áp dụng các biện pháp và phổ biến các
thiết bị thông minh tiết kiệm năng lượng. Vai trị dầu khí như nguồn năng lượng chủ
lực sẽ được thay thế và nhường chỗ cho các nguồn năng lượng tái tạo sạch mới
(Hình 2).

Do đó từ 2015 đến 2025, ơ tơ hybrid chạy kết hợp động cơ nhiệt và động cơ
điên và nạp điện bổ sung bằng là phù hợp nhất với xu hướng hạn chế sử dụng nhiên
liệu hóa thạch. Đề tài “Ứng dụng phần mềm để tính tốn và thiết kế hệ thống truyền
lực cho xe Hybrid” đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất oto có hiệu suất sử
dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, góp phần hạn chế sử dụng nhiên
liệu hóa thạch và tham gia bảo vệ mơi trường.

SVTH: Thành Hưng- Ngọc Lâm GVHD: GVC.ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

2

Ứng dụng phần mềm tính tốn thiết kế hệ thống truyền lực trên xe Hybrid

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Định nghĩa xe Hybrid

Ơtơ hybrid là dịng ơtơ sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là sự kết hợp
giữa động cơ đốt trong thông thường với một nguồn năng lượng khác. Bộ điều
khiển điện tử sẽ quyết định sử dụng nguồn năng lượng nào, tức là khi nào dùng
động cơ đốt trong, khi nào dùng nguồn năng lượng kia, khi nào dùng vận hành đồng
bộ.

1.2. Các loại xe Hybrid

HEVs là viết tắt của Hybrid Electric Vehicles, là loại xe hybrid sử dụng tổ hợp
động cơ đốt trong và động cơ điện. Với loại xe HEVs, có khả năng tái sinh năng
lượng khi phanh hoặc xe xuống dốc, lúc này động cơ điện hoạt động như một máy
phát điện tận dụng năng lượng sinh ra khi phanh để nạp cho ắc quy.

PHEV là viết tắt của Plugin Hybrid Electric Vehicles, cũng tương tự như
HEVs sử dụng tổ hợp động cơ đốt trong và động cơ điện. Nhưng trên loại xe PHEV
khơng có khả năng tái sinh năng lượng, do đó ắc quy cần được nạp điện từ nguồn
bên ngoài.

HEV và PHEV sử dụng nguồn năng lượng điện là nguồn năng lượng sạch.
Năng lượng điện được cấp từ ắc quy, và có thể tái sinh được thơng qua q trình
phanh hay khi xe xuống dốc, hoặc được nạp từ lưới điện bên ngồi. Hệ truyền động
điện ít tổn hao và hiệu suất cũng cao.

HHV là viết tắt của Hybrid Hydraulic Vehicles, là loại xe hybrid sử dụng kết
hợp giữa động cơ đốt trong với mô tơ thủy lực. Các chế độ hoạt động cũng như vận
hành của loại xe này cũng tương tự như loại sử dụng động cơ điện. Nguồn năng
lượng thủy lực cũng là một trong những nguồn năng lượng sạch. Tuy nhiên hệ
thống thủy lực lại tổn hao nhiều năng lượng trên đường truyền.

Trên các loại xe hybrid hiện nay, nguồn năng lượng từ động cơ đốt trong cũng
có thể được cải tiến:

Hoàn thiện động cơ đốt trong: bao gồm hệ thống common rail điều khiển điện
tử, xử lý khí thải trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất
lượng nhiên liệu, sử dụng diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp. Nhiên liệu trên ơtơ
ngày nay cịn được thay thế bằng nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng, hay dung đồng thời
(dual fuel).

SVTH: Thành Hưng- Ngọc Lâm GVHD: GVC.ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

3

Ứng dụng phần mềm tính tốn thiết kế hệ thống truyền lực trên xe Hybrid

Sử dụng pin nhiên liệu – pin hydrogen: là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp
hóa năng trong pin thành điện năng. Do khơng xảy ra q trình cháy nên nhiên liệu
ôtô là sạch. Tuy nhiên việc nạp hydro dưới áp suất cao vẫn rất khó khăn.

1.3. Ưu điểm của xe Hybrid
Về mặt đặc tính động lực học của xe: ở chế độ khởi hành, xe chỉ dùng động cơ

điện. Đặc tính mômen cơ của động cơ điện như h1.1 cho ta thấy tại số vịng quay
nhỏ mơmen của động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất thích
hợp. Cịn khi số vịng quay vượt q số vịng quay định mức thì khi tiếp tục tăng,
đường mơmen là đường hypebol bậc 2 (số vịng quay tăng thì mơmen giảm) đường
này cũng phù hợp với đặc tính động lực học của xe.

Hình 1.1: Đặc tính mơmen cơ của động cơ điện.
Về tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm ơ nhiễm: dựa trên đặc tính của động cơ
đốt trong, ta thấy được dải hoạt động của mômen xoắn chưa tối ưu. Ở tốc độ vịng
quay động cơ thấp, mơmen nhỏ khơng đáp ứng được điều kiện cản, do đó xe ơtơ
thơng thường cần phải có hộp số. Hơn nữa, đặc tính mức tiêu thụ nhiên liệu của
động cơ cho thấy chỉ có một vùng động cơ hoạt động tối ưu với mômen lớn và mức
tiêu thụ nhiên liệu nhỏ. Xe hybrid giải quyết được vấn đề này, bộ điều khiển sẽ
quyết định trạng thái hoạt động của động cơ để điều chỉnh dải làm việc của động cơ
trong vùng tối ưu của nó.
H1.2 là đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ CR12DE, của xe Nissan Cube.
Đặc tính thể hiện được đường cơng suất ngồi và đường mức tiêu thụ nhiên liệu của
động cơ thu được qua băng thử. Từ cơng suất ngồi và mức tiêu thụ nhiên liệu của
động cơ, ta xác định được đường kinh tế nhiên liệu của xe (đường nét gạnh trên
H1.2). Trên đường này ta có cơng suất của động cơ lớn và mức tiêu thụ nhiên liệu
nhỏ, khi động cơ hoạt động trong vùng này sẽ tiết kiệm được nhiên liệu và có lượng

phát thải độc hại ít.

SVTH: Thành Hưng- Ngọc Lâm GVHD: GVC.ThS. Nguyễn Lê Châu Thành

4