Tài liệu nghiên cứu công nghệ hybrid của ô tô và ứng dụng cho xe máy

LỜI CẢM ƠN
Được sự hướng dẫn rất tận tình của giáo viên hướng dẫn tiến sĩ Nguyễn
Vôn Dim cùng với sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài
này vì thời gian và kiến thức có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em thực hiện sẽ
khơng thể tránh khỏi những sai xót nhất định. Vì vậy em mong các thầy cơ trong
bộ mơn đóng góp ý kiến để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tiến sĩ Nguyễn Vôn Dim. Qua đây em
cũng gửi lời cảm ơn của các thầy cô trong bộ mơn đã dìu dắt và dạy dỗ truyền đạt
cho em được nhiều kiến thức quý báu trong quá trình học tập và thời gian làm đồ
án tốt nghiệp.

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi Vũ Văn Chức xin cam đoan:
Đồ án tốt nghiệp là thành quả của sự nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn
khoa học của T.S Nguyễn Vôn Dim.
Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài
liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo, mọi sao chép không hợp lệ vi
phạm quy chế của nhà trường tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện

Vũ văn chức

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC............................................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. vii
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 : TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HYBRID.............................................. 2
1.1. Khái qt cơng nghệ hybrid trong xe hơi .................................................... 2
1.1.1. Khái niệm chung ................................................................................... 2
1.1.2. Ơtơ hybrid.............................................................................................. 4
1.2. Tìm hiều một số dạng dẫn động hybrid. ...................................................... 6
1.2.1. Hệ thống hybrid nối tiếp........................................................................ 6
1.2.2.Hệ dẫn động hybrid song song. ............................................................ 13
1.2.3. Hệ dẫn động hybrid hỗn hợp song song – nối tiếp.............................. 19
1.2.4. Hệ dẫn động hybrid với mơ-tơ có stato động. ..................................... 26
1.2.5 Hệ dẫn động hybrid song song một trục............................................... 28
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TỐN PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO
XE MÁY HYBRID.............................................................................................. 32
2.1. Các dạng kết nối công suất trong công nghệ hybrid.................................. 32
2.1.1. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mômen........................... 32
2.1.2. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ............................. 35
2.1.3. Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối hỗn hợp mô-men và tốc độ.
....................................................................................................................... 38
2.2. Thiết kế và tính tốn hệ dẫn động xe máy hybrid...................................... 39
3


2.2.1. Lựa chọn phương án phối hợp nguồn động lực hybrid cho xe máy.... 39
2.2.2. Chiến lược điều khiển của xe máy hybrid. .......................................... 41
2.2.3. Tính chọn các thành phần trong hệ dẫn động hybrid cho xe máy....... 43
2.3. Thiết kế bộ bánh răng hành tinh cho hệ dẫn động xe máy hybrid ............. 46

2.3.1. Tính tốn các tỉ số số răng giữa các cặp bánh răng trong bộ truyền cơ sở.
....................................................................................................................... 47
2.3.2. Tính tốn thiết kế các thơng số của bánh răng. ................................... 47
2.3.3.Tính tốn thiết kế trục .......................................................................... 57
2.4. Bảng giá trị mômen chống uốn tại các tiết diện ........................................ 60
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU NGUN LÝ MƠ PHỎNG PHỐI HỢP NGUỒN
ĐỘNG LỰC HYBRID CHO XE MÁY BẰNG PHẦN MỀM ADVISOR. ........ 61
3.1. Cơ sở mô phỏng trong ADVISOR............................................................. 61
3.2. Phương pháp mô phỏng bằng ADVISOR ................................................. 62
3.3. Nguyên lý mô phỏng nguồn động lực hybrid cho xe máy bằng ADVISOR. .....63
3.3.1. Nguyên lý mô phỏng xe máy hybrid với hệ dẫn động thông thường. . 63
3.3.2. Nguyên lý mô phỏng xe máy với hệ dẫn động hybrid hỗn hợp .......... 63
KẾT LUẬN.......................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 66

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của một động cơ xăng [2]. ........................ 2
Hình 1.2: Đặc tính của một mơ-tơ điện [2]. ........................................................... 3
Hình 1.3: Lực kéo của xe có động cơ xăng với hộp số 4....................................... 3
cấp và mô-tơ điện với hệ dẫn động 1 cấp [2]......................................................... 3
Hình 1.4: Đặc tính lực kéo, cản – tốc độ của xe trên đường dốc[2]. ..................... 4
Hình 1.5: Mơ hình một xe hybrid.[2] ..................................................................... 5
Hình 1.6: Sơ đồ một hệ dẫn động hybrid nối tiếp.[2] ............................................ 6
Hình 1.7: Đặc tính tốc độ - mơmen và cơng suất – mơmen của một mơ-tơ điện[2].7
Hình 1.8: Đặc tính ĐCĐT và các vùng hoạt động[2]. ........................................... 8
Hình 1.9: Các điểm làm việc trong hoạt động của xe hybrid nối tiếp[2]. ............ 10
Hình1.10: Sơ đồ điều khiển logic hoạt động của xe hybrid nối tiếp[2]. .............. 12

Hình 1.11: Minh họa về điều khiển đóng-ngắt động cơ [2]................................. 12
Hình 1.12: Hệ thống hybrid song song với bộ ghép nối mô-me [2]. ................... 14
Hình 1.13: Sơ đồ điều khiển tổng thể của hệ dẫn động hybrid song song [2]. .... 16
Hình 1.14: Những dạng hoạt động cơ bản với từng công suất yêu cầu [2].......... 17
Hình 1.15: Minh họa điều khiển đóng – ngắt ĐC[2] ........................................... 18
Hình 1.16: Sơ đồ hệ dẫn động hybrid hỗn hợp với bộ ghép nối bánh răng hành tinh
[2]. ........................................................................................................................ 19
Hình 1.17: Sơ đồ một bộ bánh răng hành tinh [2]................................................ 20
Hình 1.18: Mơ-men trên vành răng và cầu dẫn (mô-men ĐCĐT và mô-men tới bộ
truyền động) thay đổi với tỉ số truyền, R, tại mô-men đưa ra trên bánh răng mặt trời
(mơ-men mơ-tơ điện)[2]....................................................................................... 21
Hình 1.19: Tốc độ đông cơ đốt trong được điều khiển bởi độ mở bướm ga và mơmen của mơ-tơ điện[2]. ........................................................................................ 23
Hình 1.20: Nạp ắc quy và chỉ có ĐCĐT kéo, phụ thuộc vào tình trạng nạp của ắc
quy[2] ................................................................................................................... 26
5


Hình 1.21: Hệ dẫn động hybrid hỗn hợp với mơ-tơ có stato động [2]................. 27
Hình 1.22: Một mơ-tơ điện với stato động [2]. .................................................... 27
Hình 1.23: Sơ đồ cấu tạo hệ dẫn động hybrid song song một trục [2]................. 29
Hình 2.1:Sơ đồ một thiết bị kết nối mơ-men [3].................................................. 32
Hình 2.2:Một số thiết bị kết nối mơ-men[3]. ....................................................... 33
Hình 2.3:Cấu hình 2 trục [3]. ............................................................................... 33
Hình 2.4:Cấu hình 1 trục[3]. ................................................................................ 34
Hình 2.5:Sơ đồ một thiết bị kết nối tốc độ [3]. .................................................... 35
Hình 2.6: Hệ bánh răng hành tinh Willson [3]..................................................... 36
Hình 2.7:Mơ-tơ có stato động [3]. ....................................................................... 37
Hình 2.8: Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng
hành tinh [3]. ........................................................................................................ 37
Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc độ với hệ bánh

răng hành tinh [3]................................................................................................. 39
Hình 2.11: Sơ đồ hệ dẫn động hybrid hỗn hợp cho xe máy[3]. ........................... 40
Hình 2.12: Phối hợp nguồn công suất khi xe làm việc ở chế độ đứng n.......... 41
Hình 2.13: Phối hợp nguồn cơng suất khi xe làm việc ở chế độ khởi động......... 41
Hình 2.14: Phối hợp nguồn công suất khi xe làm việc ở chế độ bình thường. .... 42
Hình 2.15: Phối hợp nguồn cơng suất khi xe làm việc ở chế độ gia tốc lớn và vận
tốc cao. ................................................................................................................. 42
Hình 2.16: Phối hợp nguồn công suất khi xe làm việc ở chế độ giảm tốc và phanh.
.............................................................................................................................. 43
Hình 2.17: Đồ thị hiệu suất và thành phần phát thải của động cơ chọn mô phỏng[4]
.............................................................................................................................. 44
Hình 2.18: Đồ thị đặc tính của mơ-tơ chọn mơ phỏng[4]. ................................... 45
Hình 2.19: Tính tốn bộ truyền động bánh răng hành tinh[3]. ............................ 46
Hình 2.20. Sơ đồ các lực tác dụng lên bộ truyền Wilson[1]. ............................... 53
Hình 3.1: Sơ đồ khối một mơ hình trong ADVISOR [4]..................................... 61
6


Hình 3.2: Sơ đồ mơ phỏng trong ADVISOR. ...................................................... 62
Hình 3.4: Sơ đồ khối xe máy với hệ dẫn động thơng thường [4]......................... 63
Hình 3.3: Sơ đồ khối của xe máy hybrid mô phỏng[4]. ....................................... 63

7


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1:Mô tả một dạng điều khiển logic [2]. ................................................... 31
Bảng 2.1: Công thức xác định tốc độ, mô men của hệ bánh răng hành tinh [3]........ 36
Bảng 2.2: Các thơng số đầu vào khi tính tốn cho xe. ......................................... 44
Bảng 2.3: Bảng trị số an toàn ............................................................................... 60

LỜI MỞ ĐẦU
Thế giới đang đứng trước hai vấn đề lớn là năng lượng và mơi trường.
Trong khi đó, các phương tiện giao thơng đóng một vai trị rất quan trọng trong cả
hai vấn đề này. Do vậy, các phương tiện như xe Hybrid, đang được nghiên cứu và
phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới.
Trong đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài “Nghiên cứu công nghệ
Hybrid của ô tô và ứng dụng cho xe máy” . Nội dụng của đề tài giúp em hiểu công
nghệ hybrid như xe hybrid dùng mô-tơ điện hỗ trợ hoặc thay thế động cơ đốt trong
(ĐCĐT) để kéo xe ở những thời điểm mà ĐCĐT làm việc không hiệu quả (suất
tiêu hao nhiên liệu cao, phát thải lớn, gia tốc kém) như quá trình khởi động, gia tốc
và tăng tốc.
Đồ án tốt nghiệp có bố cục cụ thể như sau:
Chương 1: Tìm hiểu về cơng nghệ hybrid.
Chương 2: Thiết kế, tính tốn phối hợp nguồn động lực cho xe máy hybrid.
Chương 3: Tìm hiểu ngun lý mơ phỏng phối hợp nguồn động lực hybrid
cho xe máy bằng phần mềm ADVISOR.

8


CHƯƠNG 1 : TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HYBRID
1.1. Khái qt công nghệ hybrid trong xe hơi
1.1.1. Khái niệm chung
Xe hybrid là dòng xe sử dụng tổ hợp hai nguồn động lực, thường là sự kết
hợp giữa động cơ đốt trong (xăng, diesel, khí hóa lỏng…) với mơ-tơ điện lấy năng
lượng điện từ một ắc quy cao áp. Mục đích chính là dùng mô-tơ điện hỗ trợ hoặc
thay thế động cơ đốt trong (ĐCĐT) để kéo xe ở những thời điểm mà ĐCĐT làm
việc không hiệu quả (suất tiêu hao nhiên liệu cao, phát thải lớn, gia tốc kém) như
quá trình khởi động, gia tốc và tăng tốc. Hay nói cách khác là giúp cho ĐCĐT luôn

làm việc trong vùng làm việc tối ưu của nó.
Như trên hình 1.1 ta có thể thấy ĐCĐT làm việc tối ưu trong một vùng
tương đối hẹp: ở tốc độ khoảng 2600v/ph tới 3400v/ph với suất tiêu hao nhiên liệu
khoảng 255 (g/kWh).

9


Hình 1.1: Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của một động cơ xăng [2].
Cịn với mơ-tơ điện, đặc tính được thể hiện trên hình 1.2. Có thể thấy rằng
mơ-tơ điện có đặc tính gần sát với đặc tính lý tưởng. Thông thường mô-tơ điện
khởi động từ tốc độ bằng 0. Khi tăng tới tốc độ cơ sở của nó, điện áp tăng theo
trong khi dịng khơng đổi. Khi tốc độ cao hơn tốc độ cơ bản thì điện áp khơng đổi
cịn dịng thì yếu đi. Kết quả này cho cơng suất đầu ra không đổi trong khi mômen giảm theo đường hyperbol theo tốc độ.
Do đó một hệ dẫn động đơn cấp hay hai cấp có thể sử dụng để thỏa mãn lực
kéo yêu cầu của xe.

10


Hình 1.2: Đặc tính của một mơ-tơ điện [2].

11


Hình 1.3: Lực kéo của xe có động cơ xăng với hộp số 4
cấp và mô-tơ điện với hệ dẫn động 1 cấp [2].
Hình 1.3 cho thấy sự so sánh cụ thể của một mơ-tơ điện và một ĐCĐT. Để
có đặc tính sát với lý tưởng thì ĐCĐT cần hộp số 4 cấp cịn mơ-tơ điện chỉ cần hộp
số 1 cấp.. Ngồi vai trị giúp cho ĐCĐT có thể hoạt động ở vùng tối ưu mơtơ điện

trong xe hybrid có một vai trị quan trọng thứ hai là nó có thể thu hồi lại năng
lượng (động năng) cho xe để nạp lại vào ắc quy trong quá trình xe giảm tốc hay
phanh, chức năng “phanh tái sinh”. Khi kết hợp hai nguồn động lực như vậy kết
quả đầu ra sẽ cho đặc tính như thể hiện trênhình 1.4:

12


Hình 1.4: Đặc tính lực kéo, cản – tốc độ của xe trên đường dốc[2].
1.1.2. Ơtơ hybrid
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được
nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và mơi
trường. Có thể nói, cơng nghệ hybrid là chìa khố mở cánh cửa tiến vào kỷ ngun
mới của những chiếc ơtơ, đó là ôtô hạn chế tối đa việc gây ô nhiễm mơi trường,
giảm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu hay cịn gọi là ôtô “sinh thái” mà vẫn sử dụng
ĐCĐT, loại động cơ chưa thể thay thế trong nhiều năm tới.

13


Hình 1.5: Mơ hình một xe hybrid.[2]
Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm
nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế
giới. Ngày càng có nhiều mẫu ơtơ hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có
nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ôtô này.
Ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô chạy bằng năng lượng mặt trời mặt
trời... cho đến nay đều tồn tại một số nhược điểm nhất định, chưa dễ thực hiện với
thực trạng như đất nước ta. Trong bối cảnh đó thì ơtơ hybrid (nhiệt - điện) kết hợp
giữa ĐCĐT và mô-tơđiện được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu
thế phát triển ơtơ “sạch”, nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe về môi trường đô thị và

nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch.
Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe hybrid hoạt động trong
phạm vi các thành phố, các khu du lịch và có thể vận hành trên các loại đường dài
hàng trăm kilômet tương đối bằng phẳng... Chứ không thể sử dụng ôtô hybrid thay
hẳn các loại ôtô khác vì khả năng hoạt động trong các điều kiện khác nhau và tính
14


cơng nghệ cịn nhiều hạn chế, trong đó cái khó nhất của vấn đề này là nguồn dự trữ
năng lượng điện để cấp cho mơ-tơ điện, vì nếu dùng loại ắc quy thơng thường thì
số lượng bình rất nhiều, kích thước và khối lượng rất lớn.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này chúng em chỉ tìm hiểu nghiên cứu dịng
ơtơ hybrid (nhiệt-điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mơ-tơ điện là loại ơtơ hybrid thơng
dụng nhất hiện nay.
1.2. Tìm hiều một số dạng dẫn động hybrid.
1.2.1. Hệ thống hybrid nối tiếp
1.2.1.1.Khái niệm.
Hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp (Series hybrid electric drive train) là hệ
thống dẫn động cho xe hybrid trong đó xe chỉ được kéo bởi mơ-tơ điện. Mơ-tơ
điện này được cung cấp năng lượng từ hai nguồn là: Ắc quy và máy phát điện được
dẫn động bởi ĐCĐT. Hệ thống dẫn động nối tiếp đơn giản nhất như hình 1.6.

15


Hình 1.6: Sơ đồ một hệ dẫn động hybrid nối tiếp.[2]
Bánh xe được kéo bởi một mô tơ điện. Mô-tơ điện lấy năng lượng từ nguồn
ắcqui hoặc máy phát được dẫn động bởi ĐCĐT. Cụm ĐCĐT/máy phát
(ĐCĐT/MP) có nhiệm vụ giúp ắc quy bổ sung năng lượng cho mô-tơ kéo khi công
suất tải yêu cầu lớn hoặc nạp cho ắc quy khi công suất tải yêu cầu nhỏ và dung

lượng ắc quy thấp.
Bộ điều khiển mô-tơ để điều khiển mô-tơ kéo sinh ra năng lượng phù hợp
với yêu cầu của xe.
Sự hoạt động của xe (gia tốc, khả năng leo dốc, tốc độ lớn nhất) được quyết
định hoàn toàn bởi kích thước và đặc tính của mơ-tơ kéo dẫn động.

16


Hình 1.7: Đặc tính tốc độ - mơmen và cơng suất –
mômen của một mô-tơ điện[2].
1.2.1.2. Nguyên lý hoạt động.
Trong hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp, cụm ĐCĐT/MP là phần cơ khí
được tách rời với trục bánh xe. Tốc độ và mô-men của ĐCĐT không phụ thuộc
vào tốc độ và mơmen kéo u cầu của xe, nó có thể được điều khiển ở bất kì điểm
làm việc nào trên vùng tốc độ - mơmen của nó. Thơng thường động cơ đốt trong sẽ
được điều khiển ở vùng làm việc tối ưu của nó, ở vùng mà nhiên liệu tiêu thụ và
khí thải phát ra của động cơ là nhỏ nhất, thể hiện trong hình 1.2. Lí do tách rời
phần cơ khí của ĐCĐT với trục bánh xe nhằm để ĐCĐT có thể làm việc ở vùng

17


tối ưu và đặc tính của ĐCĐT được thay bằng đặc tính của mơ-tơ điện. Tuy nhiên,
nó phụ thuộc nhiều vào các chế độ làm việc của động cơ và điều khiển chiến lược
của hệ dẫn động.

Hình 1.8: Đặc tính ĐCĐT và các vùng hoạt động[2].
a/ Chế độ kéo hỗn hợp
Khi cần yêu cầu một công suất lớn (khi lái xe đạp sâu chân ga) lúc này

năng lượng của cả cụm ĐCĐT/MP và nguồn năng lượng từ ắc quy cùng cấp năng
lượngcho mô-tơ điện hoạt động. Trong trường hợp này, động cơ đốt trong sẽ được
điều khiển để làm việc ở vùng tối ưu của nó. Nguồn năng lượng từ ắc quy cung
cấp công suất thêm để đáp ứng công suất kéo yêu cầu [2].
Dạng hoạt động này có thể được biểu diễn như sau:
Pyc= Pđcđt/mp + Paq(pps) (1.1)
18


Ở đó,Pyc là cơng suất u cầu bởi người lái (đạp chân ga)
Pđcđt/mp là công suất của cụm ĐCĐT/MP
Paq là cơng suất nguồn ắc quy.
b/ Chế độ chỉ có nguồn năng lượng của ắc quy cung cấp cho mô-tơ điện.
Trong trường hợp này, chỉ có nguồn ắc quy cung cấp cơng suất của nó để
đáp ứng với cơng suất u cầu, thường là trong giai đoạn khởi động và gia tốc từ
khởi động tới khi xe đạt tới tốc độ cơ bản [2].
Pyc =Paq(1.2)
c/ Chế độ chỉ có nguồn năng lượng của cụm ĐCĐT/MPcung cấp cho mô-tơ
điện.
Trong trường hợp này, chỉ có cụm ĐCĐT/MP cung cấp cơng suất của nó
để đáp ứng công suất yêu cầu, giai đoạn xe chạy ở tốc độ ổn định, chế độ lái bình
thường. Năng lượng điện được kết nối trực tiếp từ cụm ĐCĐT/MP tới mô-tơ kéo.
Pyc =Pđcđt/mp (1.3)
d/Chế độ ắc quy nạp năng lượng cho ắc quy từ cụm ĐCĐT/MP
Khi năng lượng của ắc quy giảm xuống dưới một mức qui định nào đó thì
ắc quy phải được nạp. Ắc quy có thể được nạp từ máy phát hay quá trình phanh tái
sinh (regenerative braking). Thường thì máy phát nạp khi phanh tái sinh nạp không
đủ. Trong trường hợp này, công suất của động cơ đốt trong được chia làm hai
phần: một để kéo xe, phần còn lại để dẫn động máy phát nạp điện cho ắc quy.
Pyc = Pđcđt/mp – Paq(1.4)

Dạng hoạt động này chỉ có hiệu quả khi năng lượng của cụm ĐCĐT/MP
sinh ra lớn hơn công suất tải yêu cầu [2].
e/ Chế độ phanh tái sinh
Khi xe phanh, mô-tơ kéo có chức năng như một máy phát điện, biến đổi
phần động năng của xe thành năng lượng điện để nạp cho ắc quy.
Như trình bày trong hình1.8, bộ điều khiển xe điều khiển hoạt động của mỗi
bộ phận thùy theo cơng suất kéo u cầu từ người lái, tín hiệu phản hồi từ mỗi bộ
19


phận, và điều khiển chiến lược cài đặt trước của hệ thống dẫn động. Những bộ
phận được điều khiển để phù hợp với công suất yêu cầu của người lái xe, hoạt
động của mỗi bộ phận với hiệu suất tối ưu, thu lại năng lượng phanh càng nhiều
càng tốt, duy trì trạng thái nạp cho ắc quy [2].
1.2.1.3. Các chiến lược điều khiển.
Đây là quy tắc điều khiển được cài đặt trước trong bộ điều khiển xe, nó ra
lệnh hoạt động cho mỗi bộ phận. Bộ điều khiển xe nhận những lệnh hoạt động từ
lái xe và tín hiệu phản hồi từ hệ thống dẫn động (HTDĐ) cùng tất cả các bộ phận
sau đó đưa ra các quyết định để sử dụng dạng hoạt động phù hợp. Tất nhiên,
đặctính của HTDĐ phụ thuộc chủ yếu chất lượng điều khiển, trong đó điều khiển
chiến lược giữ vai trị quyết định.
Trong thực tế, đó là một dải của bộ chiến lược điều khiển mà có thể được sử
dụng trong những chiếc xe với các yêu cầu nhiệm vụ khác nhau. Ở đây chỉ xét đến
hai kiểu chiến lược điều khiển đặc trưng của động cơ: Trạng thái nạp lớn nhất cho
ắc quy và điều khiển đóng ngắt động cơ đốt trong [6].

20


Hình 1.9: Các điểm làm việc trong hoạt động của xe hybrid nối tiếp[2].

Trong đó:
A – Dạng kéo kết hợp.
Pyc –Công suất yêu cầu.
Paq –Công suất ắc quy.
Pđc/mp – Công suất cụm động cơ/máy phát.
B – Dạng chỉ có ĐCĐT kéo hoặc dạng nạp ắc quy.
Pn-aq – Công suất nạp cho ắc quy.
C – Dạng phanh kết hợp.
Pph,ts – Công suất phanh tái sinh.

21


Pph,ck– Cơng suất phanh cơ khí.
D – Dạng phanh tái sinh.
a) Chiến lược điều khiển trạng thái nạp lớn nhất cho ắc quy.
Mục đích của điều khiển là thỏa mãn công suất yêu cầu được yêu cầu bởi lái
xe đồng thời duy trì trạng thái nạp cho ắc quy ở một mức cao nhất. Chiến lược điều
khiển này được tính toán để phù hợp thiết kế cho các xe hoạt động chủ yếu dựa
vào nguồn năng lượng của ắc quy. Một trạng thái nạp ở mức độ cao sẽ đảm bảo sự
hoạt động cao của xe ở mọi thời điểm. Chiến lược điều khiển tình trạng nạp lớn
nhất cho ắc quy được mơ tả như hình 1.9.
Các điểm A, B, C, D thể hiện công suất yêu cầu mà điều khiển chiến lược
yêu cầu trong chế độ kéo hay phanh. Điểm A cho thấy yêu cầu công suất kéo lớn
hơn công suất mà cụm ĐCĐT/MP sinh ra. Trong trường hợp này, nguồn năng
lượng của ắc quy phải đưa ra năng lượng của nó bù đắp cho năng lượng thiếu hụt
của ĐCĐT/MP. Điểm B cho thấy năng lượng được yêu cầu nhỏ hơn năng lượng
ĐCĐT/MP sinh ra khi nó làm việc trong vùng làm việc tối ưu của nó. Trong
trường hợp này, hai dạng năng lượng được sử dụng phụ thuộc vào chế độ nạp ắc
quy. Nếu như độ sụt năng lượng của ắc quy thấp hơn mức của nó thì ắc quy được

nạp tức là ĐCĐT vừa kéo xe vừa nạp. Mặt khác nếu ắcqui đã được nạp đầy thì
động cơ chỉ kéo máy phát và được điều chỉnh để cơng sất sinh ra bằng cơng suất
u cầu cịn ắc quy làm việc ở chế độ chờ. Điểm C mô tả công suất phanh cần theo
yêu cầu từ người lái lớn hơn công suất phanh mà mô-tơ điện sinh ra (năng lượng
phanh tái sinh lớn nhất). Trong trường hợp này, dạng phanh hỗn hợp được sử dụng
và mô-tơ điện sinh ra năng lượng phanh lớn nhất của nó và phanh cơ khí bù đắp
phần cơng suất cần thiết cịn lại. Điểm D mô tả công suất phanh cần thiết nhỏ hơn
công suất phanh lớn nhất mà mô-tơ điện sinh ra, trong trường hợp này chỉ có
phanh tái sinh làm việc. Sơ đồ điều khiển logic minh họa ở hình 1.10.
b) Chiến lược điều khiển đóng - ngắt ĐCĐT.Chiến lược điều khiển ở chế độ
nạp lớn nhất của ắc quy chú trọng đến trạng thái nạp cho ắc quy ở mức cao. Tuy nhiên,
22


trong một vài điều kiện lái như thời gian kéo dài với tải trọng thấp như khi lái xe trên
đường cao tốc. Tốc độ vịng quay lớn, ổn định thì ắc quy có thể dễ dàng được nạp đầy
và cụm ĐCĐT/MP buộc phải làm việc với một năng lượng sinh ra nhỏ hơn trong điều
kiện làm việc tối ưu của nó. Hơn nữa, hiệu suất của hệ dẫn động bị giảm. Trong trường
hợp này, ĐCĐT được đóng-ngắt hoặc điều khiển nhiệt phải phù hợp. Chiến lược điều
khiển này được minh họa ở hình 1.11.

Hình1.10: Sơ đồ điều khiển logic hoạt động của xe hybrid nối tiếp[2].
Hoạt động của cụm ĐCĐT/MP được điều khiển hồn tồn bởi tình trạng
nạp của ắc quy. Khi tình trạng nạp của ắc quytrong phạm vi trên mức cần phải nạp
thì ĐCĐT ngừng hoạt động, khi tình trạng nạp của ắc quy ở mức cần nạp thì
ĐCĐT được bật cho hoạt động. Ắc quy được nạp năng lượng từ cụm ĐCĐT/MP.
Với cách này, động cơ không phải lúc nào cũng được làm việc trong vùng tối ưu
23

của nó.

Hình 1.11: Minh họa về điều khiển đóng-ngắt động cơ [2].
1.2.1.4. Ưu nhược điểm của hệ thống dẫn động hybrid nối tiếp
a) Ưu điểm.
1. Động cơ tách rời với bánh dẫn nên tốc độ và mô-men của động cơ độc
lập với tốc độ và mơ-menu cầu và có thể ln được duy trì làm việc ở vùng làm
việc tối ưu của nó với sự tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhỏ nhất. Hiệu suất và sự
phát thải của động cơ còn được cải thiện hơn nữa bởi thiết kế tối ưu tùy vào điều
kiện hoạt động.
2. Sự ngắt kết nối giữa động cơ và bánh xe còn cho phép động cơ có thể
hoạt động ở vùng tốc độ cao.
3. Khả năng gia tốc tốt khi khơng có qn tính của hệ dẫn động cơ khí, bánh
đà, tuốcbin…
4. Khơng cần nhiều bánh răng dẫn động nên cấu tạo đơn giản hơn và giá
thành có thể giảm.
5. Có thể thay thế bộ vi sai bằng các mơ-tơ điện nên có thể nghiên cứu cho hệ
24


dẫn động lái 4 bánh và không cần cần điều khiển làm phức tạp cho quá trình lái.
b) Nhược điểm
1. Năng lượng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể.
2. Máy phát và mô-tơ điện phải có độ lớn và dung lượng nhất định để đảm
bảo yêu cầu kéo xe nên có thể làm tăng đáng kể trọng lượng và giá thành.
1.2.2.Hệ dẫn động hybrid song song.
1.2.2.1. Khái quát về dạng hybrid song song.
Không giống như hệ dẫn động hybrid nối tiếp, hệ dẫn động hybrid song
song (Parallel hybrid electric drive train) cho phép cả ĐCĐT vàmô-tơ kéo cùng
truyền công suất của chúng song song, trực tiếp tới các bánh xe. Lợi thế chính của

loại hình song song hơn loại hình nối tiếp là có thể không yêu cầu máy phát điện,
mô-tơ kéo nhỏ, không cần nhiều sự biến đổi công suất từ ĐCĐT tới các bánh xe.
Hơn nữa, hiệu suất tổng có thể cao hơn. Tuy nhiên, việc điều khiển hệ thống dẫn
động hybrid song song phức tạp hơn nhiều so với hệ dẫn động nối tiếp, do sự kết
hợp cơ khí giữa ĐCĐT và các bánh xe [2].

25