nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình ôtô hybrid 2 chỗ ngồi, phục vụ đào tạo tại trường đại học nha trang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG





NGUYỄN VĂN ĐỊNH




NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ÔTÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI, PHỤC VỤ ĐÀO TẠO
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG




LUẬN VĂN THẠC SĨ





Nha Trang - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN VĂN ĐỊNH



NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ÔTÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI, PHỤC VỤ ĐÀO TẠO
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG


Chuyên ngành: KỸ THUẬT ÔTÔ – MÁY KÉO
Mã số: 60 52 35


LUẬN VĂN THẠC SĨ


Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận



Nha Trang - 2013
i
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như để có được kết quả như ngày
hôm nay, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, động
viên và hướng dẫn của các thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp .
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận, người đã
tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin cảm ơn các Thầy/Cô Khoa Sau Đại học và Khoa Kỹ thuật Giao
thông Trương Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi và cung cấp những kiến

thức bổ ích để tôi hoàn thành đề tài.
Dù đã có nhiều cố gắng nhưng chắc rằng đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót và
có những hạn chế nhất định. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các
Thầy/Cô và bạn bè để đề tài hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang – 2013


Nguyễn Văn Định

ii
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tôi cũng xin cam
đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả




Nguyễn Văn Định
iii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
LỜI CẢM ƠN i
LỜI CAM ĐOAN ii
MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ XE CƠ GIỚI VÀ ÔTÔ HYBRID 3
1.1. Tổng quan về xe cơ giới 4
1.1.1. Định nghĩa và phân loại xe cơ giới 4
1.1.2. Một số khái niệm và thông số cơ bản của ôtô 6
1.1.3. Cấu trúc tổng quát của xe cơ giới 10
1.2. Tổng quan về ôtô hybrid 12
1.2.1. Định nghĩa và phân loại ôtô hybrid 12
1.2.2. Sơ lược lịch sử phát triển ôtô hybrid 18
Chương 2. THIẾT KẾ ÔTÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI 19
2.1. Sơ đồ tổng quát mô hình ô tô hybrid 20
2.2. Lựa chọn phương án ôtô hybrid 2 chỗ ngồi 21
2.2.1. Đặc điểm cấu tạo hệ động lực hybrid 21
2.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ động lực hybrid 26
2.3. Thiết kế các hệ thống cơ bản của ôtô hybrid 2 chỗ ngồi 41
2.3.1. Các lực và momen tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động 41
2.3.2. Các yếu tố cơ bản khi tính toán thiết kế 46
2.4. Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển 50
2.4.1. Động cơ Brushless DC Mortor 50
2.4.2. Khối LCD hiển thị 55
2.4.3. Giới thiệu về Vi điều khiển ATmega32 55
2.4.4. Thiết kế mạch 60
Chương 3. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH
ÔTÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI 65
iv
3.1. Chế tạo mô hình ôtô hybrid 2 chỗ ngồi 66
3.2. Xác định một số thông số tính năng cơ bản của mô hình ôtô hybrid 72

3.3. Xây dựng các bài thực hành 73
3.3.1. Bài 1: Hệ động lực ôtô hybrid 73
3.3.2. Bài 2: Điều khiển điện áp cho máy phát điện 74
3.3.3. Bài 3: Điều khiển mạch nạp acquy ôtô hybrid 74
3.3.4. Bài 4: Điều khiển tốc độ động cơ DC Brushless (BLDC) 75
3.3.5. Bài 5: Phối hợp điều khiển giữa động cơ đốt trong (ĐCĐT) và động cơ điện
75
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76
4.1. Kết quả đạt được và hạn chế 77
4.1.1. Kết quả đạt được 77
4.1.2. Hạn chế 77
4.2. Kiến nghị 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78
PHỤ LỤC 79
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- BLDC: Động cơ điện một chiều không chổi than
- CĐ: Trục các đăng
- CVT: Continuously Variable Transmission – Bộ truyền động biến đổi liên tục
- ĐCĐT: Động cơ đốt trong
- ECU: Electric Control Unit – Bộ điều khiển trung tâm
- HTTL: Hệ thống truyền lực
- LH: Ly hợp
- MG1: Motor Generater 1 – Tổ hợp động cơ Máy phát 1
- MG2: Motor Generater 2 – Tổ hợp động cơ Máy phát 2
- PCB: Power Circuit Board – Mạch công suất
- VS: Vi sai

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại tổng quát xe cơ giới [2] 5
Bảng 1.2: Hệ số bám của một số loại mặt đường [2] 9
Bảng 1.3: Phân loại tổng quát phương tiện hybrid [7] 13
Bảng 3.1: Các thông số thực nghiệm mô hình ôtô hybrid trên mặt đường bằng phẳng
72
Bảng 3.2: Các thông số thực nghiệm mô hình ôtô hybrid trên mặt đường dốc 72


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các kích thước đặc trưng của ôtô [8] 6
Hình 1.2: Trọng lượng của ôtô [8] 7
Hình 1.3: Vùng tiếp xúc (1) và tâm tiếp xúc (2) [8] 8
Hình 1.4: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám [8] 10
Hình 1.5: Cấu trúc tổng quát của ôtô [2] 11
Hình 1.6: Một số loại phương tiện hybrid [15] 14
Hình 1.7: Hệ thống động lực hybrid nối tiếp [7] 15
Hình 1.8: Hệ thống động lực hybrid song song [7] 16
Hình 1.9: Hệ động lực hybrid hỗn hợp [7] 17
Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng quát ôtô hybrid 20
Hình 2.2: Sơ đồ hệ động lực ôtô hybrid kiểu hỗn hợp [7] 21
Hình 2.3: Ôtô hybrid Toyota Prius [12] 22
Hình 2.4: Động cơ đốt trong, hộp số của ôtô hybrid (Toyota Prius) [12] 22
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hộp số và bộ phân phối công suất [16] 23
Hình 2.6: Motor điện và máy phát điện ôtô hybrid (Toyota Prius) [12] 24
Hình 2.7: Bộ chuyển đổi điện [12] 24
Hình 2.8: Ắcquy điện áp cao trên Toyota Prius [12] 25

Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao [16] 25
Hình 2.10: Bố trí Ắc-quy phụ trên ôtô hybrid [12] 26
Hình 2.11: Sơ đồ hệ động lực Hybrid [7] 26
Hình 2.12: Điều kiện ôtô ở chế độ Ready On [7] 27
Hình 2.13: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD ở chế độ Ready On [7] 27
Hình 2.14: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất trên ôtô [7] 27
Hình 2.15: Điều kiện của ôtô chạy với MG2 [7] 28
Hình 2.16: Biểu đồ monographic và hoạt động của PSD khi chạy với MG2 [7] 28
Hình 2.17: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy với MG2 [7] 28
Hình 2.18: Điều kiện của ôtô khi chạy với MG2 và khởi động động cơ xăng [7] 29
Hình 2.19: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD 29
Hình 2.20: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy với
MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng [7] 30
viii
Hình 2.21: Điều kiện của ôtô khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng [7] 30
Hình 2.22:Monographic và sơ đồ hoạt động PSD khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng [7]
31
Hình 2.23: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất 31
khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng [7] 31
Hình 2.24: Điều kiện của ôtô khi chạy tốc độ thấp ổn định [7] 32
Hình 2.25: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD chạy tốc độ thấp ổn định
[7] 32
Hình 2.26: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất 33
khi chạy tốc độ thấp ổn định [7] 33
Hình 2.27: Điều kiện của ôtô khi tăng tốc hoàn toàn [7] 33
Hình 2.28: Monographic khi tăng tốc hoàn toàn [7] 34
Hình 2.29: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất tăng tốc hoàn toàn [7]
34
Hình 2.30: Điều kiện của ôtô khi chạy tốc độ cao ổn định [7] 35
Hình 2.31: Monographic khi chạy tốc độ cao ổn định [7] 35

Hình 2.32: Sơ đồ đường truyền năng lượng và công suất chạy tốc độ cao ổn định [7]
35
Hình 2.33: Điều kiện của ôtô khi chạy ở tốc độ tối đa [7] 36
Hình 2.34: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD 36
Hình 2.35: Sơ đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy ở tốc độ tối đa [7]
37
Hình 2.36: Điều kiện của ôtô khi chạy giảm tốc hoặc phanh [7] 37
Hình 2.37: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD 38
Hình 2.38: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất khi giảm tốc hoặc phanh [7]
38
Hình 2.39: Điều kiện của ôtô khi chạy lùi [7] 39
Hình 2.40: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD khi chạy lùi [7] 39
Hình 2.41: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy lùi [7] 40
Hình 2.42: Lực và momen tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động [8] 41
Hình 2.43: Trọng lượng [8] 41
Hình 2.44: Phản lực của mặt đường lên các bánh xe trước [8] 42
ix
Hình 2.45:
Khái

niệm
độ dốc của đường [15]
43
Hình 2.46: Sơ đồ biểu diễn lực kéo [8] 45
Hình 2.47: Bố trí hệ thống truyền lực 47
Hình 2.48: Các lực tác dụng lên ôtô khi lên dốc [7] 47
Hình 2.49: Sức phản điện động dạng hình thang [15] 51
Hình 2.50: Mặt cắt bằng của một BLDC [15] 51
Hình 2.51: Stator động cơ BLDC [15] 52
Hình 2.52: Rotor động cơ BLDC [15] 52

Hình 2.53: Động cơ Brushless có cảm biến Hall [15] 52
Hình 2.54: Nguyên lý của Hall Sensor khi không có từ trường [15] 53
Hình 2.55: Nguyên lý của Hall Sensor khi có từ trường [15] 53
Hình 2.56: Sơ đồ thể hiện sự đảo pha ở 3 đầu dây động cơ [15] 53
Hình 2.57: Chiều của 6 trạng thái đảo pha của BLDC [15] 54
Hình 2.58: Trạng thái của Hall sensor và 3 dây pha của BLDC [15] 54
Hình 2.59: Khối LCD hiển thị [15] 55
Hình 2.60: Sơ đồ chân của ATmega32 [13] 56
Hình 2.61: Hình dạng bên ngoài của ATmega32 [15] 57
Hình 2.62: Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển ATmega32 [13] 57
Hình 2.63: Thanh ghi DDRA [13] 58
Hình 2.64: Thanh ghi PORTA [13] 58
Hình 2.65: Thanh ghi PINA [13] 58
Hình 2.66: Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit [13] 59
Hình 2.67: Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16bit [13] 59
Hình 2.68: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cấp cho mạch điều khiển 60
Hình 2.69: Sơ đồ khối kết nối cảm biến hall và biến trở 60
Hình 2.70: Sơ đồ nguyên lý khối LCD 61
Hình 2.71: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động cơ Brushless DC 62
Hình 2.72: Sơ đồ nguyên lý khối đảo chiều động cơ 63
Hình 2.73: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp acquy 12V 63
Hình 2.74: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp acquy 48V 64
Hình 2.75: Mạch điều khiển trung tâm 64
Hình 3.1: Bánh trước và nồi bi bánh trước 66
x
Hình 3.2: Cụm bánh trước 66
Hình 3.3: Cơ cấu giảm xóc bánh trước 67
Hình 3.4: Bánh sau và phanh 67
Hình 3.5: Mặt ngoài bánh sau 68
Hình 3.6: Cầu sau và cơ cấu giảm xóc bánh sau 68

Hình 3.7: Động cơ đốt trong và máy phát điện 69
Hình 3.8: Khớp nối trục các đăng 69
Hình 3.9: Cảm biến đo tốc độ xe 70
Hình 3.10: Cảm biến bàn đạp ga 70
Hình 3.11: Mạch điều khiển trung tâm 71
Hình 3.12: Tổng thể mô hình 71
Hình 3.13: Sơ đồ bố trí hệ động lực mô hình ôtô hybrid 73
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ôtô hybrid (hybrid automobile) là loại ôtô có hệ động lực được cấu thành từ hai
hoặc nhiều nguồn động lực khác biệt nhau. Loại ôtô hybrid phổ biến nhất hiện nay có
hệ động lực gồm một động cơ đốt trong và một hoặc nhiều động cơ điện. Bởi vậy,
thuật ngữ "hybrid car", "hybrid vehicle", "hybrid electric vehicles - HEVs" thường
được hiểu là loại phương tiện có hệ động lực như vậy.
Chiếc ôtô hybrid đầu tiên trên thế giới có tên Lohner-Porsch Mixte Hybrid được
trình diễn tại Paris Auto Show vào năm 1901. Mixte được trang bị 1 động cơ xăng 2,5
HP dẫn động máy phát điện nạp cho acqui. Bộ acqui có công suất 5,22 kW cho phép
ôtô đạt vận tốc tối đa 50 km/h và chạy được 65 km không cần nạp điện. Ôtô hybrid đã
không được sử dụng phổ biến cho đến đầu những năm 90 của thế kỷ XX.
Do giá nhiên liệu ngày càng tăng, áp lực ngày càng lớn của vấn đề ô nhiễm môi
trường, v.v., ôtô hybrid đã trở thành một trong những hướng phát triển của ngành công
nghiệp ôtô được nhiều nước quan tâm. Toyota và Honda được xem là những hãng chế
tạo ôtô tiên phong và thành công nhất trong lĩnh vực ôtô hybrid. Dòng ôtô hybrid hiện
đại đầu tiên có tên Toyota Prius xuất hiện trên thị trường Nhật Bản vào năm 1997, sau
đó là Honda Insight vào năm 1999. Đến tháng 2 năm 2012 đã có 2,5 triệu ôtô du lịch
hybrid nhãn hiệu Toyota Prius được bán ra trên toàn thế giới. Hiện nay, hầu hết các
hãng chế tạo ôtô hàng đầu đều đã cho ra đời các phiên bản ôtô hybrid của mình và ôtô
hybrid đã được khẳng định là một phần cốt lõi của thị trường ôtô trong tương lai.
Ở Việt Nam, ôtô hybrid đã được quan tâm nghiên cứu từ đầu những năm 2000

thể hiện qua các đồ án tốt nghiệp bậc đại học, luận văn thạc sĩ, đề tài NCKH của giáo
viên và sinh viên ở một vài trường đại học. Cho đến nay, ôtô hybrid chưa được chế tạo
hoặc lắp ráp tại Việt Nam, tuy nhiên hiện đã có một số lượng đáng kể ôtô du lịch
hybrid được nhập khẩu và tham gia giao thông.
Ôtô hybrid thương mại hiện nay là một tổ hợp trang thiết bị cơ khí, điện, điện tử
hiện đại. Đề tài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình ôtô hybrid tại ĐHNT sẽ tạo
điều kiện cho việc tiếp cận sâu hơn trong lĩnh vực ôtô hybrid, bổ sung tư liệu và thiết
bị góp phần nâng cao chất lượng đào tạo kỹ sư các ngành Kỹ thuật ôtô và Công nghệ
cơ điện tử.
2
Xuất phát từ những lý do trên mà tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế
tạo mô hình ôtô hybrid 2 chỗ ngồi phục vụ đào tạo tại trường Đại học Nha Trang”
để làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ của mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo mô hình ôtô hybrid cỡ nhỏ và thiết kế một số bài thực hành trong lĩnh
vực Kỹ thuật ôtô và Công nghệ cơ điện tử.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát yêu cầu kỹ thuật của xe ôtô hybrid.
- Tính toán các yếu tố lực tác động lên xe, các yêu cầu về tốc độ của xe, từ đó
thiết kế sơ bộ mô hình.
- Xây dựng phương án chế tạo mô hình cho phù hợp với yêu cầu đặt ra.
- Tính toán thiết kế mạch điều khiển dựa vào yêu cầu kỹ thuật của xe.
- Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh.
4. Đối tượng nghiên cứu
Ôtô hybrid cỡ nhỏ.
5. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
- Ứng dụng nguyên lý hệ động lực ôtô hybrid dạng song song để chế tạo (không
có bộ chia công suất – PSD).
- Phối hợp điều khiển ĐCĐT và động cơ điện ở trường hợp đường bằng, lên dốc.
- Phối hợp điều khiển chế độ nạp ắc quy.

- Chế tạo bộ điều khiển có mã nguồn mở, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và thực
tập.
6. Bố cục của luận văn
Nội dung chính của luận văn được chia thành 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về xe cơ giới và ôtô hybrid
Chương 2: Thiết kế ôtô hybrid 2 chỗ ngồi
Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm mô hình ôtô hybrid 2 chỗ ngồi
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
3











Chương 1

TỔNG QUAN VỀ XE CƠ GIỚI
VÀ ÔTÔ HYBRID

4
1.1. Tổng quan về xe cơ giới
1.1.1. Định nghĩa và phân loại xe cơ giới
Xe cơ giới, tiếng Anh là motor vehicle, là loại phương tiện tự hành trên bộ dùng
để vận chuyển người, hàng hoá hoặc để sử dụng vào những mục đích đặc biệt khác.
Trong các tài liệu chuyên ngành, chúng ta có thể gặp một số thuật ngữ khác có
nội hàm tương đương như: road vehicle, ground vehicle, v.v. Xe máy hai bánh, môtô
ba bánh, xe buýt, xe ca, xe đò, xe hơi, ôtô tải, ôtô con, máy kéo bánh xích hoặc bánh
hơi, xe tăng, v.v. đều được xếp vào đối tượng xe cơ giới.
"Ôtô" là thuật ngữ thường dùng chỉ những loại xe cơ giới có từ 4 bánh trở lên.
Trong Luật Giao thông đường bộ số 26/2001/QH10 được Quốc hội thông qua
tại kỳ họp 9 khóa X có một số định nghĩa liên quan như sau:
Phương tiện giao thông cơ giới đường bộ (sau đây gọi là xe cơ giới) - gồm ôtô,
máy kéo, xe gắn máy 2 hoặc 3 bánh và các loại xe tương tự, bao gồm cả xe cơ giới
dùng cho người tàn tật.
Phương tiện giao thông thô sơ đường bộ (sau đây gọi là xe thô sơ) - gồm các
loại xe không di chuyển bằng sức động cơ như xe đạp, xe xích lô, xe súc vật kéo và
các loại xe tương tự.
Phương tiện giao thông đường bộ - gồm phương tiện giao thông cơ giới đường
bộ và phương tiện giao thông thô sơ đường bộ.
Xe máy chuyên dùng - gồm xe máy thi công, xe máy nông nghiệp, lâm nghiệp

có tham gia giao thông đường bộ.
Phương tiện tham gia giao thông đường bộ - gồm phương tiện giao thông
đường bộ và xe máy chuyên dùng.









5
Bảng 1.1: Phân loại tổng quát xe cơ giới [2]
Tiêu chí phân loại Các loại xe cơ giới
Mục đích sử dụng
• Xe chở khách
• Xe chở hàng
• Xe chuyên dụng
Cấu tạo
hệ thống chuyển động
• Xe hai bánh
• Xe nhiều bánh
• Xe bánh hơi
• Xe bánh đặc
• Xe xích
Đặc điểm
nguồn động lực
• Xe điện
• Xe có nguồn động lực là động cơ đốt trong

• Xe có nguồn động lực là động cơ đốt ngoài
• Xe có nguồn động lực hybrid
Sơ đồ bố trí
hệ thống truyền lực
• Động cơ phía trước, bánh xe chủ động phía sau
• Động cơ phía trước, bánh xe chủ động phía trước
• Động cơ phía sau, bánh xe chủ động phía sau
• Động cơ phía trước, tất cả các bánh chủ động
• Động cơ phía sau, tất cả các bánh chủ động
Số bánh xe chủ động
• Xe một cầu chủ động
• Xe nhiều cầu chủ động
Số lượng chỗ ngồi
• Xe con du lịch
• Xe buýt mini
• Xe buýt thành phố
• Xe búyt liên thành phố
• Xe buýt du lịch
Đặc điểm cấu tạo thân xe

• Xe mui trần
• Xe mui kín 2 cửa, mui kín 4
• Xe cửa hậu, v.v.


6
1.1.2. Một số khái niệm và thông số cơ bản của ôtô
1.1.2.1. Kích thước cơ bản của ôtô
1) Chiều dài cơ sở (L) - Đối với xe 2 cầu, chiều dài cơ sở của xe hai cầu là
khoảng cách giữa 2 đường tâm của cầu trước và cầu sau. Đối với xe nhiều cầu, chiều

dài cơ sở là khoảng cách giữa 2 đường tâm của 2 cầu cách xa nhau nhất.
2) Chiều dài bao (L
max
) - khoảng cách giữa 2 mặt phẳng ngang đi qua hai điểm
cách xa nhau nhất của xe .
3) Chiều rộng cơ sở (B) - khoảng cách giữa 2 tâm tiếp xúc của 2 bánh xe trên
cùng một cầu. Chiều rộng cơ sở ở phía trước và phía sau không nhất thiết phải bằng
nhau. Đối với xe có hơn 2 lốp trên cùng một cầu, cần phân biệt chiều rộng cơ sở cặp
bánh ngoài, cặp bánh trong và chiều rộng trung bình.
4) Chiều rộng bao (B
max
) - khoảng cách giữa hai mặt phẳng dọc đi qua 2 điểm
xa nhau nhất của xe.
5) Chiều cao đặt hàng (H
S
) - khoảng cách từ sàn vỏ xe đến mặt đường.
6) Chiều cao cực đại (H) - khoảng cách từ mặt đường đến điểm cao nhất của
xe.

B A
L
a b
T
B
T


Hình 1.1: Các kích thước đặc trưng của ôtô [8]

7

1.1.2.2. Trọng lượng của ôtô
Có thể phân biệt các khái niệm liên quan đến trọng lượng của xe như sau:
• Trọng lượng khô - trọng lượng của bản thân xe. Lốp dự phòng không tính
vào trọng lượng khô của xe vì mỗi loại xe có số lốp dự phòng khác nhau. Những thiết
bị phụ như thiết bị nghe nhìn, sưởi ấm, thông gió, v.v. sẽ được tính vào trọng lượng
khô nếu chúng được ghi trong tài liệu thiết kế của xe.
• Trọng lượng ướt - còn gọi là tự nặng của xe - là trọng lượng của bản thân
xe đã nạp đầu đủ dầu bôi trơn, dầu thuỷ lực, nhiên liệu, nước làm mát và những trang
thiết bị phụ trợ như: lốp dự phòng, dụng cụ đồ nghề, thiết bị nghe nhìn, v.v.
• Tổng trọng lượng của xe - là tổng trọng lượng ướt của xe và tải trọng hữu
ích.
T
G
ϕ
α
G
Z
1
Z
2
G
b1
G
b2

Hình 1.2: Trọng lượng của ôtô [8]
G - trọng lương; G
b1
- trong lượng phân bố trên các bánh xe trước;
G

b2
- trong lượng phân bố trên các bánh xe sau; G
ϕ
- trọng lượng bám của xe;
Z
1
- lực đỡ bánh xe trước; Z
2
- lực đỡ bánh xe sau
• Khối lượng treo - phần khối lượng được đặt trên các bộ đàn hồi của hệ
thống treo, bao gồm: khối lượng của khung xe, vỏ xe và các bộ phận lắp đặt trên đó,
một phần khối lượng của hệ thống treo. Trong quá trình xe hoạt động, khối lượng treo
sẽ dao động quanh các trục dao động của xe.
• Khối lượng không được treo - bao gồm khối lượng của các bánh xe và khối
lượng của các bộ phận thuộc hệ thống treo không được đặt trên các bộ đàn hồi.
• Trọng lượng bám của xe là phần trọng lượng có phương vuông góc với mặt
đường.

8
1.1.2.3. Trọng tâm của ôtô
Trọng tâm của xe là điểm đặt hợp lực của lực hút của trái đất tác dụng lên các
phần tử của xe. Trọng tâm của xe được xác định thông qua các thông số sau (H. 1.2-2):
• Chiều cao trọng tâm (h
g
) - khoảng cách từ trọng tâm đến mặt đường.
• Toạ độ trước (a) - khoảng cách từ trọng tâm đến mặt phẳng ngang đi qua
đường tâm cầu trước.
• Toạ độ sau (b) - khoảng cách từ trọng tâm đến mặt phẳng ngang đi qua
đường tâm cầu sau.
• Toạ độ phải (c) - khoảng cách từ trọng tâm đến mặt phẳng dọc của bánh xe

bên phải nhìn từ phía sau xe.
• Toạ độ trái (d) - khoảng cách từ trọng tâm đến mặt phẳng dọc của bánh xe
bên trái nhìn từ phía sau xe.
1.1.2.4. Vùng tiếp xúc và tâm tiếp xúc của bánh xe
Trong thực tế, cả bánh xe và mặt đường đều không phải là những vật cứng tuyệt
đối nên bánh xe và mặt đường không tiếp xúc nhau ở một điểm hay một đường hình
học mà tiếp xúc nhau ở vô số điểm. Tập hợp tất cả các điểm tiếp xúc giữa bánh xe và
mặt đường được gọi là vùng tiếp xúc (tire-ground contact patch), điểm đặt của lực
tổng hợp tất cả các phản lực thành phần từ mặt đường tác dụng lên bánh xe gọi là tâm
tiếp xúc (contact center).
Z Z
G
b
G
b
a) c)
F
Y
Y
Z
G
b
b)
2
1
2
1
2
1

Hình 1.3: Vùng tiếp xúc (1) và tâm tiếp xúc (2) [8]
a- khi xe đứng yên và không có lực ngang; b- khi xe chuyển động
và không có lực ngang tác dụng lên xe, c- khi xe chuyển động và có lực ngang
9
1.1.2.5. Hệ số bám và lực bám
Lực bám (Fϕ) là lực chống lại hiện tượng trượt của bánh xe trên mặt đường.
Độ lớn của lực bám : F
ϕ
= ϕ . Z = ϕ . G
ϕ

Hệ số bám (ϕ) là đại lượng đặc trưng cho khả năng bám (hay khả năng chống
lại hiện tượng trượt) của bánh xe trên mặt đường. Hệ số bám dọc (ϕ
x
) đặc trưng cho
khả năng chống lại hiện tượng trượt trong mặt phẳng dọc, hệ số bám ngang (ϕ
y
) đặc
trưng cho khả năng chống lại hiện tượng trượt trong mặt phẳng ngang. Về mặt định
lượng, hệ số bám được xác định theo các công thức sau:

G
F
k
x
ϕ
ϕ
max.
=
;

G
Y
y
ϕ
ϕ
max
=

trong đó: F
k.max
- lực kéo cực đại, Y
max
- phản lực ngang cực đại, G
ϕ
- trọng lượng bám.
Những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hệ số bám - Hệ số bám phụ thuộc vào
những yếu tố sau đây:
• Lốp xe (vật liệu chế tạo, cấu tạo, áp suất trong lốp, ).
• Mặt đường (vật liệu, độ ướt, độ nhám, ).
• Các điều kiện vận hành (tải trọng, vận tốc của xe, ).
Cho đến nay vẫn chưa có phương pháp giải tích nào cho phép xác định một cách
chính xác hệ số bám bởi vì trị số của hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác
nhau, bởi vậy người ta thường xác định hệ số bám bằng phương pháp thực nghiệm.
Khi tính toán có thể chọn trị số hệ số bám trung bình trong các bảng.
Bảng 1.2: Hệ số bám của một số loại mặt đường [2]
Loại đường và tình trạng mặt đường
Hệ số bám (ϕ
x
)
Đường nhựa hoặc đường bê tông:

• khô và sạch
• ướt
Đường đất:
• pha sét, khô
• ướt
Đường cát:
• khô
• ướt

0,70 ÷ 0,80
0,35 ÷ 0,45

0,50 ÷ 0,60
0,20 ÷ 0,40

0,20 ÷ 0,30
0,40 ÷ 0,50
10
ϕ
x
0,7
0,6
1
2
0 20 40 p [N/cm
2
]
ϕ
x
0,7

0,6
0 2 4 Z [kN]6
ϕ
x
0,8
0,6
1
2
0,4
0 40v [m/s
2
]20 0 80s [%]40
ϕ
x
0,8
0,6
0,4
1
2

Hình 1.4: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám [8]
1- Đường khô, 2- Đường ướt
p - áp suất trong lốp xe, Z- Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe ,
v - Vận tốc của xe, s - Độ trượt của bánh xe chủ động

1.1.3. Cấu trúc tổng quát của xe cơ giới

11
§éng c¬
Th©n

HÖ thèng truyÒn lùc
HÖ thèng l¸i
HÖ thèng phanh
Khung
C¸c b¸nh xe

Hình 1.5: Cấu trúc tổng quát của ôtô [2]
Xe cơ giới là một đối tượng kỹ thuật phức tạp về phương diện cấu trúc, đa dạng
về tính năng và mục đích sử dụng. Từ đối tượng cơ khí truyền thống ở giai đoạn đầu
của lịch sử phát triển, xe cơ giới hiện đại là một tổ hợp các thiết bị cơ khí, điện, điện tử
và công nghệ thông tin. Mức độ điện tử hóa và hàm lượng công nghệ thông tin chiếm
tỷ lệ ngày càng lớn trên các loại xe cơ giới hiện đại.
Tuỳ theo mục đích sử dụng, mức độ hiện đại hoá, giá cả, v.v., xe cơ giới có cấu
trúc và được trang bị khác nhau. Tuy nhiên, mỗi xe cơ giới đều được cấu thành từ
những thành tố cơ bản sau đây:
• Động cơ
• Khung và vỏ
• Hệ thống chuyển động
12
• Hệ thống truyền lực
• Hệ thống treo
• Hệ thống lái
• Hệ thống phanh
• Hệ thống điện - điện tử
• Các hệ thống nhằm nâng cao tính năng an toàn, tiện nghi, v.v.
1.2. Tổng quan về ôtô hybrid
1.2.1. Định nghĩa và phân loại ôtô hybrid
Trong tiếng Anh, từ hybrid có nghĩa là lai / ghép / kết hợp, thuật ngữ hybrid
vehicle được định nghĩa là phương tiện có hệ động lực được cấu thành từ hai hoặc
nhiều nguồn động lực khác biệt nhau.

Theo định nghĩa như vậy, các loại phương tiện như: xe đạp máy có thể chạy
bằng đạp pedal và bằng động cơ (điện hoặc xăng), xuồng có thể chạy bằng động cơ
hoặc chèo tay, ôtô có thể chạy bằng cả nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí, xe lửa được
trang bị cả động cơ điện và diesel, máy bay có thể sử dụng chạy bằng động cơ điện,
máy bay được trang bị động cơ điện để di chuyển trên đường băng và động cơ nhiệt để
bay, tàu ngầm điện-diesel, v.v. đều được xếp vào đối tượng hybrid vehicle.
13
Bảng 1.3: Phân loại tổng quát phương tiện hybrid [7]
Tiêu chí phân loại Các loại phương tiện hybrid
Nguồn năng lượng
• Nhiên liệu
• Năng lượng mặt trời
• Năng lượng gió
• Sức người
• Điện
• Trường điện từ
• Sóng radio, v.v.
Động cơ
• Động cơ nhiệt
• Động cơ điện
• Động cơ thủy khí
• Sức người
Loại phương tiện
• Phương tiện cơ giới đường bộ
• Tàu thủy
• Máy bay
Phương thức phối hợp
các loại động cơ
• Hệ động lực hybrid nối tiếp
• Hệ động lực hybrid song song

• Hệ động lực hybrid hỗn hợp