HỆ THỐNG điều KHIỂN XE HYBRID PRIUS 2005

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



HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID PRIUS 2005

GVHD: GV.ThS Huỳnh Quốc Việt
SVTH : LÊ QUANG BÃO

MSSV : 14145009

NGUYỄN ĐỨC BÌNH

MSSV :14145011

NGUYỄN HOÀNG KHÁNH

MSSV : 13145119

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2020


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



Tên đề tài:

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID PRIUS 2005

GVHD : GV.ThS Huỳnh Quốc Việt
SVTH : LÊ QUANG BÃO

MSSV : 14145009

NGUYỄN ĐỨC BÌNH

MSSV :14145011

NGUYỄN HOÀNG KHÁNH

MSSV : 13145119

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2019


Mục lục:
Chương 1:Khái quát
1.1: Tóm tắt
1.2:Phân loại cấu tạo
Chương 2: Mạch điện hệ thống điều khiển HV ECU
1.1: Giới thiệu
1.2: Các mạch điện phần của HV ECU
Chương 3: Mạch điện hệ thông ăc quy HV
1.1: Giới thiệu
1.2: Các mạch điện thành phần
Chương 4: Mạch điện hệ thống động cơ ECM
Chương 5: Hệ thống biến tần/ biến áp.
1.1: Tóm tắt

1.2: Các mạch điện thành phần
CHƯƠNG 6: CHUẨN ĐOÁN

3


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT
1.1 Tóm Tắt

Ô tô hybrid là dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp, được kết hợp giữa động cơ
chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với động cơ điện lấy
năng lượng điện từ một ắc-quy cao áp. Điểm đặc biệt là ắc-quy được nạp điện
với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình
phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà ôtô có thể tiết kiệm được nhiên liệu khi
vận hành bằng động cơ điện đồng thời tái sinh được năng lượng điện để dùng
khi cần thiết.
1.2 Phân loại cấu tạo.
Hybrid nối tiếp (series hybrid) là loại sử dụng mô tơ điện dẫn động trực tiếp
tới bánh xe. Động cơ đốt trong chỉ có nhiệm vụ chạy máy phát điện. Đây là
dạng nguyên sơ của động cơ hybrid. Do khả năng vận hành không tốt, cũng
4


như hiệu quả năng lượng ở mức vừa phải, nên dạng hybrid này hiện nay
không còn sử dụng phổ biến.

Hybrid song song (Parallel Hybrid) là động cơ đốt trong cung cấp lực kéo cho
các bánh xe. Động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ cho động cơ xăng, khi chiếc
xe cần gia tốc nhanh. Ngoài ra, nếu lượng pin còn lại đủ lớn, động cơ điện sẽ
thay thế động cơ xăng để hoạt động trong điều kiện xe di chuyển chậm, không

cần nhiều sức mạnh. Trong điều kiện này, việc sạc lại pin đến từ hệ thống tái
tạo năng lượng từ lực phanh (Regenerative Braking) chứ không đến từ mô tơ
điện. Những mẫu xe trang bị hybrid song song cho khả năng vận hành tốt,
nhưng hiệu quả nhiên liệu chỉ được cải thiện một phần.

5


Hybrid nối tiếp/ song song (series-parallel hybrid) là loại kết hợp cả hai loại
trên, đây cũng là cơ cấu hybrid phức tạp và có chi phí sản xuất cao nhất. Nhờ
bộ chia công suất, năng lượng từ động cơ đốt trong và động cơ điện được biến
thiên liên tục và bổ trợ cho nhau giúp chiếc xe có hiệu quả hoạt động tốt nhất.
Cơ cấu hoạt động luân phiên giúp cụm pin trên xe hầu như lúc nào cũng được
sạc đầy. Xe có thể vận hành bởi chế độ lái thuần động cơ điện (EV-mode), rất
hữu ích khi di chuyển trong điều kiện giao thông đông đúc. Đây là dạng xe lai
hybrid tiên tiến và sử dụng nhiều trên các mẫu xe hybrid hiện nay.

6


CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HV ECU
1. Tóm tắt.

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống diều khiển HV
HV ECU nhận thông tin từ các cảm biến cũng như từ các ECU của hệ thống
khác như ECM ECU ắc quy, ECU điều khiển phanh, ECU điều khiển hệt hống
7


lái, và dựa trên những thông tin đó, moment xoắn và tính toán công suất đầu

ra được yêu cầu. HV ECU gửi kết quả tính toán được tới ECM , hệ thống biến
tần, ECU điều khiển phanh. HV ECU điều khiển genorator, motor, động cơ,
kiểm soát phanh tái sinh và tình trạng sạc của HV ắc quy. Những yếu tố này
được xác định bởi sự chuyển đổi vị trí cần số, vị trí bàn đạp ga và tốc độ xe.
HV ECU giám sát tình trạng sạc và nhiệt độ của ắc quy, genorator, motor, để
tối ưu kiểm soát các thiết bị này.
Khi chuyển đổi vị trí số là N, HV ECU ngắt điện để dừng genorator và motor.
Nếu không có lực kéo ở bánh xe chủ động, HV ECU thực hiện một chức năng
kiểm soát lực kéo động cơ để kiềm chế sự quay của motor, để bảo vệ bánh
răng hành tinh và ngăn chặn genorator phát điện quá mức. Để bảo vệ các
mạch điện cao áp và đảm bảo hiệu quá khi tắt máy, HV ECU sử dụng 3 role
chính để kết nối và ngắt mạch điện áp cao.

2. Sơ đồ mạch điện thành phần của hệ thống điều khiển HV.
2.1 Mạch điện nguồn HV ECU.

Hìn
h 2: Sơ đồ mạch điện nguồn HV ECU
Chân nguồn BATT sử dụng cho bộ nhớ của HV ECU được làm việc liên tục.
ECU nguồn cung cấp tín hiệu thông qua chân IG2D điều khiển đóng rờ le IG2
cho tín hiệu đi qua chân IGSW của HV ECU. HV ECU cấp tín hiệu qua chân
MREL để điều khiển đóng IGCT rờ le, cấp nguồn cho HV ECU khi có tín
hiệu từ chân IGSW. Tín hiệu khởi động từ chân ST2 cùng với tín hiệu từ chân
ST1 của cùm công tắc đèn phanh xác định có đạp phanh hay không. Nếu có
đạp phanh thì sẽ đủ 2 điều kiện để khởi động xe. Khi khởi dộng xe thì ECU
nguồn sẽ gửi tín hiệu khởi động từ chân STSW đến chân ST2 của HV ECU để
khởi động xe. Khi khởi động xe thì ECU nguồn sẽ truyền tín hiệu từ chân
8

AM1 đến đóng rờ le IG1 để cấp điện cho rơ le bơm nước. Chân WP là chân
tín hiệu từ HV ECU điều khiển đóng rờ le bớm nước để bơm nước hoạt động
khi hệ thống lạnh làm việc.

2.2 Mạch điện hệ thống điều khiển hành trình CCS.

Hình 3. Sơ đồ mạch điện công tắc điều khiển hành chình
Công tắc điều khiển hành trình hoạt động ở những chế độ khác nhau, khi
thiết lập ở một chế độ nào đó thì tín hiệu công tắc về HV ECU thông qua
chân CCS và sau đó HV ECU sẽ dựa vào tín hiệu đó để thiết lập chế độ yêu
cầu.
2.3.

Mạch điện hộp số vị trí đỗ xe.

Hình 4. Sơ đồ mạch điện hộp số vị trí đỗ xe
Khi công tắt Parking được kích hoạt thì tín hiệu xe được chuyển tới HV ECU
qua chân P1. Sau đó HV ECU truyền tín hiệu qua chân PCON đến ECU hộp
số để điều khiển số đỗ xe P và sau khi nhận tín hiệu từ chân PCON thì ECU
A/C sẽ có tín hiệu xác nhận truyền từ ECU hộp số thông qua chân PPOS về
HV ECU. Chân RDY là chân tín hiệu của đèn READY.

9


CHƯƠNG 3 MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG ẮC QUY HV
1. Giới thiệu chung.

10

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống ắc quy
HV
Vai trò của chính của hệ thống ắc quy Hybrid là để theo dõi tinh trạng hệ
thống ắc quy HV thông qua việc sử dụng ECU ắc quy và truyền thông tin này
tới HV ECU. Hơn nữa hệ thống này điều khiển bộ điều khiển quạt làm mát ắc
quy để duy trì một nhiệt độ thích hợp cho hệ thống ắc quy HV. Việc ECU ắc
quy sử dụng mạng CAN (Controller Area Network) để duy trì thông tin với
các thiết bị khác: HV ECU, ECM và ECU A/C. Hệ thống ắc quy liên tục được
xả ra khi tăng tốc và sạc lại bởi khả năng phanh tái sinh bởi sự giảm tốc trong
khi lái xe. ECU ắc quy tính toán tình trạng sạc của ắc quy HV dựa trên điện
áp, dòng điện, nhiệt độ và sau đó gửi kết quả đến HV ECU. Kết quả là điều
khiển sạc và xả được thực hiện trong HV ECU tùy thuộc vào trạng thái của ắc
quy HV. Nếu sự cố xảy ra, ECU ắc quy thực hiện chức năng an toàn và bảo vệ
hệ thống ắc quy HV phù hợp với mức độ của sự cố. Để kiểm soát sự gia tăng
nhiệt độ của hệ thống ắc quy HV trong khi xe chạy. ECU xác định và kiểm
soát chế độ hoạt động của hệ thống quạt làm mát ắc quy theo nhiệt độ của hệ
thống ắc quy HV thông qua các cảm biến nhiệt độ.

2. Mạch điện thành phần của hệ thống điều khiển ắc quy.
2.1 Mạch điện nguồn của ECU ắc quy.

11


Hình 2. Sơ đồ mạch điện nguồn ECU ắc quy
Khi ECU phát tín hiệu để đóng rờ le IG2 cấp điện cho chân IG2 thì sau đó
HV ECU sẽ điều khiển tín hiệu điện thông qua chân MREL đóng các rơ le
IGCT để cáp nguồn cho ECU ắc quy. Chân AM là chân cấp nguồn cho ECU
ắc quy dùng cho việc lưu trữ bộ nhớ và xác định điện áp ắc quy.

2.2.

Mạch điện quạt ắc quy HV.

Hình 3. Sơ đồ điện hệ thống quạt ắc quy
12


ECU ắc quy điều khiển tín hiệu thông qua chân FCTL1 đóng rờ le quạt số 1
để hệ thống quạt ắc quy hoạt động. Bộ điều khiển mô tơ quạt ắc quy sẽ điều
khiển tín hiệu qua chân VM để mô tơ quay nhanh hay chậm tùy theo từng chế
độ và chân VM của ECU ắc quy sẽ có nhiệm vụ giám sát hoạt động của
motor quạt ắc quy.

2.3.

Mạch điện ắc quy HV.

Hình 4. Sơ đồ mạch điện hệ ắc quy HV
Mạch ăc quy có 14 khối và mỗi khối ắc quy có 2 ắc quy đơn. HV ECU kiểm
soát hoạt động của từng khối ắc quy để so sánh điện áp của một khối ắc quy
bât kỳ trong hệ thống, qua đó HV ECU có thể kiểm soát lỗi, sự cố và điều
khiển hoạt động nạp xả của ắc quy cùng với tín hiệu khác như nhiệt độ cả ắc
quy.
Các chân VBB là các chân ECU ắc quy dùng để kiểm soát điện áp 1 khối 2
ắc quy đơn (14.4V) của hệ thống ắc quy HV, cho biết điện áp hiện tại của ắc
quy và điện áp mỗi khối khác nhau hay không.

2.4.

.

Sơ đồ mạch điện cảm biến dòng điện.

13


Hình 5. Sơ đồ mạch điện cảm biến dòng điện ắc quy HV
Cảm biến dòng điện ắc quy dùng để phát hiện dòng điện vào ắc quy HV. Tín
hiệu dòng điện nhận được sẽ thông qua chân IB của ECU ắc quy, qua đó có
thể xác định đucợ dòng điện nạp và xả của ắc quy HV và tính toán được tình
trạng nạp của ắc quy HV thông qua đánh giá cường độ dòng điện.
Cảm biến dòng điện truyền tín hiệu điện áp vào chân IB của ECU ắc quy,
điện áp đó thay đổi từ 0V đến 5V tỉ lẹ với cường độ dòng điện cao áp.
Một điện áp đầu ra của cảm biến với 2,5V cho thấy hệ thống ắc quy HV đang
được sạc và trên 2,5V cho thấy hệ thống đang xả. ECU ắc quy xác định sạc
và xả cường độ dòng điện của hệ thống ắc quy HV dựa trên các tín hiệu đó là
đầu vào chân IB của nó và tính toán các tình trạng sạc của ắc quy HV qua
đánh giá cường độ dòng điện. Chân VIB là chân cung cấp nguồn tới cảm
biến..

CHƯƠNG 4. MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
1. Giới thiệu chung.
Với các giá trị nhận được từ các cảm biến và thông tin từ hệ thống khác như
HV ECU, ECU điều khiển phanh, ECU cụm đồng hồ…..ECM sẽ điều khiển
tối ưu hóa chế độ làm việc của động cơ như giảm khí thải, tăng công suất của
động cơ. ECM nhận giá trị công suất yêu cầu và số vòng quay mục tiêu được
gửi từ HV ECU và để điều khiển hệ thống ETCS-I, khối lượng nhiên liệu
phun, thời gian đánh lửa và thệ thống VVT-i.
ECM điều khiển hơi xăng HC trong bầu lọc than hoạt tính phù hợp với tình

trạng sử dụng động cơ. Sử dụng 3 VSV và một cảm biến áp suất hơi, ECM
phát hiện rò rỉ hơi xăng xảy ra giữa bình xăng, bầu lọc than hoạt tính thông
qua những thay đổi trong buồn áp suât. Thời điểm đánh lửa được xác định bởi
ECM dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau. ECM hiệu chỉnh thời
gian đánh lửa để chóng kích nổ. Khi ECM phát hiện lỗi, sẽ dừng hoặc điều
khiển động cơ nhiệt theo các dữ liệu lưu trữ trong bộ nhớ

14


CHƯƠNG 5 MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG BIẾN ÁP/BIẾN TẤN
1. Tóm tắt.

Hình 7: Mạch điện điều khiển biến áp/ biến tần
Biến tần chuyển đổi dòng điện cao áp trực tiếp của pin HV và dòng điện
xoay chiều cho MG1 / MG2. Biến tần chứa một mạch cầu ba pha, bao gồm
6 bóng bán dẫn công suất cho mỗi MG1 và MG2, để chuyển đổi dòng điện
một chiều và dòng điện xoay chiều ba pha. ECU điều khiển HV điều khiển
sự truyền động của các bóng bán dẫn điện. Biến tần truyền mũ thông tin là
cần thiết để thực hiện điều khiển, chẳng hạn như cường độ dòng điện và
điện áp, đến ECU điều khiển HV.

15


Hình 8: Đồ thị điện áp
ECU điều khiển HV sử dụng cảm biến điện áp, được tích hợp trong biến
tần, để phát hiện điện áp cao sau khi điều khiển tăng áp. Cảm biến điện áp
biến tần tạo ra một điện áp thay đổi trong khoảng từ 0 đến 5 V phù hợp với
những thay đổi của điện áp cao. Điện áp cao càng cao, điện áp đầu ra càng

cao và điện áp cao càng thấp thì điện áp đầu ra càng thấp. ECU điều khiển
HV theo dõi điện áp biến tần và phát hiện sự cố.
2. Các mạch điện thành phần

Hình 9: Mạch điện biến áp DC/DC

16


Bộ biến áp DC/DC: HV ECU sử dụng đường dây tín hiệu NODD để
truyền một lệnh dừng để chuyển đổi DC/DC và nhận đucợ tín hiệu cho
thấy các điều kiện bình thường hay bất bình thường của hệ thống sạc
12V. HV ECU sẽ gửi tín hiệu chuyển đổi điện áp đầu ra tới bộ chuyển
đổi DC/DC qua đường tín hiệu VLO để chuyển đổi điên áp đầu ra theo
tình trạng xe.

Hình 10: Mạch điện bộ biến áp A/C
Bộ biến áp A/C: Các chân STB, ETI, ITE, CLK của HV ECU giao tiếp
với bộ biến áp tần A/C để kiểm soát hoạt động của A/C đó qua HV ECU
có thể xác định được lổi. HV ECU cấp điện áp đầu vào cho bộ tăng áp
( Boost converter) thông qua chân VL. Chân CPWN chân tín hiệu từ HV
ECU mà dựa vào đó bộ tăng áp xác định được điện áp đầu ra và thời gian
chuyển đổi dòng. HV ECU truyền tới bộ tăng áp tín hiệu CSDN để tắt bộ
tăng áp.Chân CT là chân cảm biến nhiệt độ của bộ tăng áp. Tín hiệu phát
hiện lỗi của bộ tăng áp được truyền qua chân FCV. Khi bộ tăng áp vượt
mức điện áp bình thường thì tín hiệu sẽ được gửi từ bộ tăng áp qua HV
ECU thông qua chân OVL.

17

Hình 11. Mạch điện bộ biến tần máy phát điện
Bộ biến tần máy phát điện: Tín hiệu tắt phát GSDN từ HV ECU truyền tới
bộ biến tần máy phát, khi vị trí tay số N hay P. GIVT là chân tín hiệu nhiệt
độ máy phát truyền tới HV ECU. Các cảm biến dòng điện bộ biến tần máy
phát với các chân GIVA, GIVB, GIWA, GIWB để phát hiện cường độ dòng
điện qua các dây cáp pha V và W giữa bộ biến thầng và genorator. Bộ biến
tần truyền từ thông tin đó là cần thiết để HV ECU điều khiển cường độ dòng
điện và điện áp.HV ECU giám sát các cảm biến của biến tần để phát hiện sự
cố trong hệ thống cảm biến.
GUU, GVU, GWU là các tín hiệu điều khiển mà hệ thống biến tần/ biến áp
nhận được từ HV ECU để kiểm soát dòng điện qua các pha U, V, W của
genorator và biền tần còn điều chỉnh thời gian chuyển đổi điện áp áp dụng
cho genorator. GFIV là chân phát hiện lỗi của biến tần máy phát, kiểm soát
hoạt động của biến tần máy phát có bình thường hay không.
Genorator: Các chân GRF, GSN, GCS là các chân tín hiệu bộ kích từ máy
phát từ HV ECU, bộ kích từ máy phát đang hoạt động hoặc dừng thông qua
kiểm soát vị trí các cực từ cũng như là một cảm biến tốc độ.

18


Hình 12. Mạch điện bộ biến tần motor
Bộ biến tần motor: HV ECU nhận tín hiệu cảm biến nhiệt độ của máy
phát thông qua chân MIVT. Chân MSDN là tín hiệu tắt motor từ HV
ECU khi xe ở vị trí tay số N hoặc P. Các cảm biến dòng điện biến tần
motor với các chân MIVA, MIVB, MIWA, MIWB để phát hiện cường độ
dòng điện qua các dây cáp V và W giữa bộ biến tần và motor. Bộ biến tần
truyền thông tin đó là cần thiết để HV ECU điều khiển như cường độ
dòng điện và điện áp. Nếu biến tần motor có lỗi mạch, ngắn mạch hoặc

quá nóng, biến tần truyền thông tín này đến chân MFIV của HV ECU.
HV ECU sẽ theo dõi biến tần motor thông qua đường tín hiệu và xác
định lỗi. OHV là tín hiệu phát hiện dòng của biến tần máy phát.

19


CHƯƠNG 6: CHUẨN ĐOÁN
Bộ điều khiển trung tâm HV ECU có hệ thống tự chẩn đoán. Nếu hệ thống
điều khiển xe hybrid hoặc các thành phần không hoạt động đúng, ECU thực
hiện chẩn đoán để phát hiện các trục trặc, và chiếu sáng đèn cảnh báo chính
trong đồng hồ kết hợp với các chỉ số trên màn hình hiển thị, cảnh báo hệ thống
HV, HV cảnh báo pin hoặc cảnh báo ngừng sạc.
Ký hiệu:
Đèn cảnh báo chính sẽ sáng khi THS II ( Toyota Hybrid system II ) thất bại và
nó nhấp nháy khi ở chế độ kiểm tra.

Chẩn đoán bằng cách kết nối thiết bị OBD II hoặc thiết bị intelligent tester,
từ đó đọc các dữ liệu đầu ra từ ECU của xe. Jack nối iso 15031-4.OBD II yêu
cầu máy tính trên xe của xe chiếu sáng đèn chỉ thị (MIL) trong bảng điều
khiển khi máy tính phát hiện sự cố trong các hệ thống kiểm soát khí thải, điều
khiển truyền động. . Ngoài ra, mã lỗi chẩn đoán (DTC) được áp dụng theo
ISO 15031-4 được ghi trong bộ nhớ ECU điều khiển HV .
Nếu trục trặc không tái diễn trong 3 lần liên tiếp, thì MIL sẽ tự động tắt. Tuy
nhiên, các DTC vẫn được ghi lại trong bộ nhớ ECU điều khiển HV.

Để kiểm tra DTC, kết nối máy kiểm tra thông minh (DLC3) với Mô-đun giao
diện xe CAN (CAN VIM). Thiết bị intelligent tester cho phép bạn xóa DTC
và kiểm tra dữ liệu khung đóng băng và khác nhau các dạng dữ liệu THS II.
Các DTC bao gồm các mã được kiểm soát SAE và mã nhà sản xuất kiểm soát.

20


Kiểm soát SAE mã phải được đặt theo quy định của SAE, trong khi mã do nhà
sản xuất kiểm soát có thể được đặt bởi một nhà sản xuất trong giới hạn quy
định.

Dữ liệu Freeze:
Dữ liệu này ghi lại tình trạng khi sự cố được phát hiện. Khi nào xử lý sự cố,
nó có thể giúp xác định xem xe đang di chuyển, phanh, đứng yên, hoặc đảo
ngược.

KIỂM TRA DLC3
ECU điều khiển HV sử dụng ISO 15765-4 giao thức truyền thông. Bố trí thiết
bị đầu cuối của DLC3 tuân thủ ISO 15031-03 và phù hợp với định dạng ISO
15765-4.

21