ứng dụng MATLAB trong mô phỏng điều khiển xe lai kiểu hỗn hợp

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU
KHIỂN XE LAI KIỂU HỖN HỢP

SVTH: HUỲNH NHỰT MINH
MSSV:13145160
SVTH: NGUYỄN TRỌNG QUỐC
MSSV: 13145210
GVHD: ThS. HUỲNH QUỐC VIỆT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Tên đề tài

ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU
KHIỂN XE LAI KIỂU HỖN HỢP

SVTH: HUỲNH NHỰT MINH
MSSV:13145160
SVTH: NGUYỄN TRỌNG QUỐC

MSSV: 13145210
GVHD: ThS. HUỲNH QUỐC VIỆT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. HUỲNH NHỰT MINH

MSSV: 13145160

2. NGUYỄN TRỌNG QUỐC MSSV: 13145210
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tơ

Mã ngành đào tạo: 52510205

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Mã hệ đào tạo:

Khóa: 2013

Lớp: 131452A

1. Tên đề tài:
ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE LAI KIỂU HỖN HỢP
2. Nhiệm vụ đề tài
-

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về xe lai kiểu hỗn hợp.

-

Tiến hành mô phỏng và điều khiển trên phần mềm Matlab/Simulink.

3. Sản phẩm của đề tài
-

Lý thuyết về xe lai kiểu hỗn hợp.

-

Mơ hình mơ phỏng xe lai kiểu hỗn hợp.

4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 05/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/07/2017

TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Huỳnh Nhựt Minh

MSSV: 13145160 Hội đồng:

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trọng Quốc MSSV: 13145210 Hội đồng:
Tên đề tài: ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE LAI KIỂU
HỖN HỢP
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S Huỳnh Quốc Việt
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có
thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................


..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

3.

Đánh giá:


TT
1.

2.

3.
4.

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các
mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ
thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc
quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc
thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên
ngành…
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

Điểm Điểm đạt
tối đa
được
30
10
10
10
50
5
10
15

15
5
10
10
100

4. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Huỳnh Nhựt Minh

MSSV: 13145160 Hội đồng:

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trọng Quốc MSSV: 13145210 Hội đồng:
Tên đề tài: ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE LAI KIỂU
HỖN HỢP
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S Huỳnh Quốc Việt
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
.........................................................................................................................................


.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có
thể tiếp tục phát triển)
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................


........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
6. Đánh giá:


TT
1.

2.

3.
4.

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các
mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ
thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần,

hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng
buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên
ngành…
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

Điểm
tối đa
30
10

Điểm đạt
được

10
10
50
5
10
15

15
5
10
10
100

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Th.S Huỳnh Quốc Việt, giảng viên
Bộ mơn động cơ - trường ĐHSPKT Tp Hồ Chí Minh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo
chúng em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐHSPKT Tp Hồ Chí
Minh đã dạy dỗ, cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên
ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt
quá trình học tập.
Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo điều kiện,
quan tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Trân trọng!
Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm 2017

Nhóm Sinh Viên Thực Hiện


TĨM TẮT
Xe lai điện (Hybrid) đã khơng cịn là khái niệm quá xa lạ đối với chúng ta trong thời
buổi hiện nay. Sự xuất hiện của dòng xe điện mang thương hiệu Tesla ( thuần điện) như một
bước đột phá mới trong ngành công nghiệp vận chuyển của thế giới. Không tốn nhiên liệu,

không gây ô nhiễm môi trường là những hiệu quả mà hãng xe này mang lại. Tuy nhiên, ở
Việt Nam lại chưa đủ cơ sở hạ tầng đáp ứng cho sự xuất hiện đại trà của các loại xe thuần
điện như Tesla. Trước tình thế cạn kiệt nhiên, giá nhiên liệu cao, sự ô nhiễm môi trường
càng tăng ở các thành phố lớn. Vì thế, xe lai điện kiểu hỗn hợp đã và đang là sự lựa chọn
đúng đắn thay thế các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhờ sự thích ứng với điều
kiện ở nước ta.
Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu kỹ hơn về dịng xe lai điện kiểu hỗn hợp, nhóm
chúng em đã thực hiện đề tài: Ứng dụng Matlap/Simulink trong mô phỏng điều khiển xe
lai kiểu hỗn hợp với sự hướng dẫn của ThS.Huỳnh Quốc Việt.
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm chúng em khơng tránh những thiếu sót, rất mong được sự
nhắc nhở, chỉ bảo từ quý thầy cô, quý bạn bè.
Trân trọng cảm ơn!


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN....................................................................................................1
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...........................................................................................1
1.2 TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID...................................................................................2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP................................13
2.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP..................................13
2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN.................................................................................40
CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG XE LAI KIỂU HỖN HỢP BẰNG
MATLAB/SIMULINK..........................................................................................................57
3.1 THƠNG SỐ XE MƠ PHỎNG.....................................................................................57
3.2 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG.............................................................................................57
3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG..............................................................................................65
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN......................................................................................................69


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Ký Hiệu

Chữ viết tắt

AGM

Absorbed Glass Mat

CVT

Continuously Variable Transmission

ECM

Electronic Control Module

ECU

Electronic Control Unit

EVT

Electric Variable Transmission

GB

Gear Box

HEV

Hybrid Electric Vehicle

HV

High Voltage

ICE

Internal Combustion Engine

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor

M/G

Motor/ Generator

MG1

Motor Generator 1

MG2

Motor Generator 2

PEHV

Petroleum Electric Hybrid Vehicle

PLG

Planetary Gear

PPS

Peaking Power Source

PSD

Power Split Device

RESS

Rechargeable Energy Storage System

SMR

System Main Relay

SOC

State Of Charge

SOCH

State Of Charge Hight

SOCL

State Of Charge Low

THS

Toyota Hybrid System

TM

Traction Motor

RPM

Revolutions Per Minute


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Cấu tạo một chiếc xe Hybrid....................................................................................3
Hình 1.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp................................................................................6
Hình 1.3 Sơ đồ truyền động kiểu song song............................................................................7
Hình 1.4 Sơ dồ truyền động kiểu hỗn hợp...............................................................................8
Hình 1.5 Xe Toyota Prius 2004...............................................................................................9
Hình 1.6 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mơ-tơ...............................................................................9
Hình 1.7 Các bộ phận chính trên xe Hybrid.........................................................................10
Hình 2.8 Cấu trúc của hệ thống.............................................................................................13
Hình 2.9 Động cơ 1NZ-FXE.................................................................................................14
Hình 2.10 Hộp số Hybrid......................................................................................................16
Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2.................................................................18
Hình 2.12 Bộ bánh răng hành tinh.........................................................................................19
Hình 2.13 Bộ phận chia cơng suất.........................................................................................20
Hình 2.14 Các cách bố trí sơ đồ truyền động........................................................................22

Hình 2.15 Động cơ khởi động lúc xe dừng............................................................................23
Hình 2.16 Động cơ đã khởi động..........................................................................................24
Hình 2.17 Tăng tốc và leo núi...............................................................................................26
Hình 2.18 Chạy giữ ga ở tốc độ cao......................................................................................28
Hình 2.19 Chạy qn tính......................................................................................................30
Hình 2.20 Mơ phỏng chế độ chạy Creeping..........................................................................32
Hình 2.21 Chạy chậm và chế độ xe điện...............................................................................33
Hình 2.22 Chạy lùi................................................................................................................35
Hình 2.23 Bộ chuyển đổi DC-DC.........................................................................................36
Hình 2.24 Bộ chuyển đổi AC................................................................................................36
Hình 2.25 Cấu trúc bộ nguồn cao áp.....................................................................................37
Hình 2.26 Cáp nguồn............................................................................................................38
Hình 2.27 Ắc qui HV............................................................................................................39
Hình 2.28 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau........................................................................39
Hình 2.29 Phương pháp điều khiển xe lai kiểu hỗn hợp........................................................40
Hình 2.30 Sơ đồ của hệ thống truyền động...........................................................................41
Hình 2.31 Dịng năng lượng ở chế độ chỉ có động cơ hoạt động...........................................42
Hình 2.32 Dịng năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy phát điện kéo...............................43
Hình 2.33 Dịng năng lượng ở chế độ động cơ và motor / máy phát điện cùng hoạt động....45
Hình 2.34 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo.....................45
Hình 2.35 Dịng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện.............46
Hình 2.36 Dịng năng lượng ở chế độ Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo
.............................................................................................................................................. 46
Hình 2.37 Dịng năng lượng ở chế độ Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor
phát điện................................................................................................................................ 46
Hình 2.38 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo.....................47
Hình 2.39 Dịng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện............48


Hình 2.40 Dịng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh............................................................48

Hình 2.41 Đồ thị moment và số vịng quay động cơ.............................................................49
Hình 2.42 Mối liên hệ giữa vân tốc moment.........................................................................51
Hình 2.43 Phương pháp kiểm sốt moment...........................................................................53
Hình 3.44 Tổng quan mơ hình trên matlap/simulink.............................................................57
Hình 3.45 Khối Driver..........................................................................................................58
Hình 3.46 Khối Driver Cycle................................................................................................58
Hình 3.47 Thành phần của khối Hybrid Systems..................................................................59
Hình 3.48 Khối Controller....................................................................................................59
Hình 3.49 Sơ đồ chiến thuật điều khiển.................................................................................60
Hình 3.50 Khối Electrical......................................................................................................61
Hình 3.51 Khối Engine..........................................................................................................62
Hình 3.52 Khối PSD..............................................................................................................62
Hình 3.53 Khối Vehicle.........................................................................................................64
Hình 3.54 Vận tốc mơ phỏng................................................................................................65
Hình 3.55 SOC......................................................................................................................66
Hình 3.56 Kết quả mơ phỏng motor (MG2)..........................................................................66
Hình 3.57 Kết quả mơ phỏng động cơ...................................................................................67
Hình 3.58 Kết quả mô phỏng máy phát (MG1).....................................................................68


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Đặc điểm thông số kỹ thuật của động cơ1NZ-FXE...............................................16
Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid......................................................................17
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của MG1...................................................................................18
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của MG2...................................................................................18
Bảng 2.5 Mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ phân chia công suất............................21
Bảng 2.6 Mối liên hệ giữa tốc độ xe và công suất ứng với tốc độ quay động cơ và mô tơ....28
Bảng 3.7 Bảng thông số xe mô phỏng...................................................................................57

CHƯƠNG 1.............................................................TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.1 Đặt vấn đề
Trong thời đại mà q trình cơng nghiệp hố, hiện đại hóa đang diễn ra ở mọi nơi trên
tồn cầu như ngày nay, nhu cầu về năng lượng là vô cùng to lớn. Chính vì thế, việc tiết kiệm
nhiên liệu, năng lượng, đảm bảo an tồn về mơi trường ln là yêu cầu hàng đầu được đặt ra
cho mỗi quốc gia và mỗi ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô vốn luôn
yêu cầu phải thay đổi từng ngày. Giải pháp được đưa ra chính là kết hợp một cách linh hoạt
giữa động cơ xăng, động cơ điện và các cơ cấu giúp bảo tồn và chuyển đổi năng lượng một
cách hiệu quả. Xe lai điện Hybrid ra đời như một cứu cánh để giải quyết vấn đề đó.
Hiện nay, tuy xe Plug-in Hybrid ( thuần motor điện ) nổi lên như một hiện tượng về
dòng xe tiết kiệm nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, tại Việt Nam vẫn
chưa đủ cơ sở hạ tầng để phục vụ cho dịng xe này.
Vì vậy, được sự phân cơng của khoa Cơ khí động lực – Trường Đh Sư Phạm Kỹ Thuật
TpHCM và sự hướng dẫn của ThS.Huỳnh Quốc Việt, nhóm chúng em đã nghiên cứu đề tài:
ứng dụng matlap trong mô phỏng điều khiển xe lai điện kiểu hỗn hợp-dịng xe mang
tính thực tiễn cao ở Việt Nam.
1.1.2 Mục tiêu của đề tài
− Nắm vững cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động của dòng xe lai điện kiểu hỗn hợp.
− Xây dựng mơ hình mô phỏng xe lai kiểu hỗn hợp trên phần mềm Matlap/Simulink
− Điều khiển và chạy được mơ hình đó phú hợp với chu trình thử nghiệm.
1.1.3 Giới hạn đề tài
− Chỉ mô phỏng trên Matlab Simulink, chưa tiến hành xây dựng mơ hình thực nghiệm.
1.1.4 Phương pháp nghiên cứu
− Sử dụng cơ sở lí thuyết của các nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng mơ hình mới.
− Tính tốn những thơng số cần thiết đến mơ hình hoặc tham khảo từ những thơng số xe
có sẵn trên thực tế để tiến hành mô phỏng.
− Sử dụng Matlab Simulink để xây dựng mơ hình theo các chu trình thực nghiệm.
1

1.2 TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID
1.2.1 Giới thiệu chung và nguyên nhân ra đời xe Hybrid
Được phát minh vào khoảng 300 năm trước bởi nhà phát minh người Pháp Nicolas Joseph Cugnot (1725-1804), xe ô tô ngày nay đã trở thành một trong những phương tiện
giao thông không thể thiếu trong xã hội lồi người. Cũng chính vì thế mà tình trạng ơ nhiễm
khơng khí trầm do khí thải từ động cơ ô tô đang là một trong những vấn đề nhức nhối của
nhiều quốc gia hiện nay.
Để có thể giảm thiểu được ô nhiễm môi trường từ ô tô, từ lâu đã có nhiều giải pháp kỹ
thuật mang nhiều hứa hẹn như: ô tô chạy điện, ô tô dùng pin nhiên liệu, động cơ khí nén
v.v... Tuy nhiên, những công nghệ kể trên vẫn chưa thể đưa vào sử dụng được vì cịn nhiều
giới hạn về cơng nghệ. Đối với ô tô chạy điện, việc nạp lại pin cần đến ít nhất 4 giờ đồng
hồ, khuyết điểm này giới hạn tầm sử dụng của ô tô chạy điện. Đối với công nghệ fuel cell,
hydro lỏng phải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp; vì thế chỉ có thể thích hợp với những quốc
gia có khí hậu băng giá. Cả hai cộng nghệ trên cùng vướng phải một vấn đề chung đó là
phải xây dựng lại tồn bộ hệ thống cơ sở cung cấp nhiên liệu. Những sự giới hạn trên của
hai công nghệ tương lai này tạo ra một khoảng trống giữa nhu cầu bảo về môi trường và
công nghệ ô tô truyền thống.
Gần đây một kỹ thuật chế tạo ô tô mới đã được ra đời nhằm phần nào tiết kiệm nguồn
năng lượng không tái sinh được (dầu hỏa) cũng như bảo vệ môi trường trong lúc cơng nghệ
fuel cell và pin điện được hồn chỉnh. Cơng nghệ Hybrid là một giải pháp được coi là thành
công hiện nay và đã được đưa vào thị trường rộng rải ở các nước phát triển như Châu Âu,
Mỹ và Nhật Bản v.v...

2


Hình 1.1 Cấu tạo một chiếc xe Hybrid
Ngành cơng nghiệp ôtô trên thế giới đang đứng trước một câu hỏi lớn: Làm thế nào để
sản xuất được loại xe ôtô không làm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng? Ơtơ
Hydro, ơtơ điện, ơtơ pin mặt trời... đều khơng dễ thực hiện. Nhưng giờ đây ơtơ Hybrid dịng ơtơ dùng nguồn năng lượng tổ hợp - đã trả lời câu hỏi hóc búa trên. Ơtơ HYBRID

giảm hẳn lượng khí thải độc hại và giảm tới một nửa lượng tiêu thụ nhiên liệu.
1.2.2 Ơtơ Hybrid là gì?
Hybrid nghĩa là lai, ôtô Hybrid (Hybrid Electric Vehicle-HEV) là dòng ôtô sử dụng động
cơ tổ hợp. Thật ra, ý tưởng“Hybrid”đã có từ rất lâu đời. Theo Bách Khoa Tồn Thư mở
Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện Giao Thông Ghép, là một phương
tiện giao thông mà được động lực bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp
giữa: Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy Storage System
hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và Nguồn Năng Lượng Nhiên Liệu (Xăng,
dầu diesel v.v...)
Xe đạp bằng sức người với sự trợ giúp của động cơ điện ví dụ như xe đạp điện chẳng
hạng. Tàu buồm kết hợp với mô-tơ điện.
Động cơ Hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ
điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ

3


điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp
điện vào ắc quy để sử dụng về sau.
Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đến Phương
Tiện Giao Thơng Ghép kết hợp năng lượng từ điện và xăng (Petroleum Electric Hybrid
Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PEHV, và cũng có thể được viết tắt là HEV (Hybrid
Electric Vehicle). Theo ngôn ngữ phổ thơng tiếng Việt thường dùng ta có thể gọi là “Xe điện
xăng”, hay tiếng Anh là Hybrid Car.
1.2.3 Nguyên lý hoạt động Ơtơ Hybrid
Ơtơ Hybrid hoạt động theo ngun tắc: Động cơ điện được sử dụng để khởi động xe,
trong đó trong q trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện cịn có cơng
dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe gia tốc hoặc leo dốc. Khi phanh xe hoặc xuống
dốc, động cơ điện được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy. Không giống
như các phương tiện sử dụng động cơ điện khác, động cơ Hybrid không cần nguồn điện bên

ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy. Với sự phối hợp giữa động cơ
đốt trong và động cơ điện, động cơ Hybrid được mở rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ
nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu suất tổ hợp động cơ cao, mơ-mem lớn ở số vịng quay
nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
1.2.4 Ưu điểm
Tổ hợp động cơ Hybrid có những ưu điểm sau:
−

Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ, động cơ

điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận dụng để tạo ra dòng điện
nạp cho ắc-quy.
−

Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động cơ Hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn

nhiều so với động cơ đốt trong thông thường, chỉ bằng một nửa)
−

Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ đốt trong

chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ nên động cơ đốt trong có kích thước nhỏ gọn.
4


−

Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ơtơ. Có thể chạy xa và

mạnh mẽ được giống như những ơ tơ chạy xăng bình thường.

−

Ơ tơ Hybrid vẫn dùng xăng làm nhiên liệu nên người vận hành không phải lo việc

nạp điện, thông thường tốn rất nhiều thời gian.
−

Ơ tơ Hybrid ít gây ơ nhiễm mơi trường hơn ơ tơ chạy xăng bình thường bởi vì động

cơ điện có hiệu xuất cao hơn nhiều so với động cơ xăng. Động cơ -Hybrid thường tiết kiệm
hơn 100% so với động cơ xăng truyền thống.
1.2.5 Phương pháp truyền động
Theo phương pháp truyền động, có thể chia động cơ Hybrid thành 2 loại chính: tổ hợp
ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song song, Hệ thống Hybrid kết hợp (nối tiếp/song song)
1.2.5.1

Tổ hợp ghép nối tiếp

Hybrid nối tiếp: Đối với loại hệ thống này, nguồn động lực chính xoay bánh xe là động
cơ điện. Trong khi động cơ chỉ làm nhiệm vụ phát ra điện để nạp pin và cung cấp cho động
cơ điện.
Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diesel hoặc pin nhiên
liệu) kéo máy phát cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ
khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên
liệu thành cơ năng là quay rô-to của máy phát tạo ra điện năng và từ điện năng lại chuyển
sang cơ năng làm quay bánh xe.
Ưu điểm của sơ đồ này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ
không tải nên giảm được ơ nhiễm mơi trường; Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt
động tối ưu, phù hợp với các loại ơtơ; Sơ đồ này có thể khơng cần hộp số.
Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như: Kích thước và dung

tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song; động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ
nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải

5


Hình 1.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp
1.2.5.2

Tổ hợp ghép song song

Hybrid song song: Đối với loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (điện và xăng) đều
được kết nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền động lực một cách độc lập hoặc đồng
thời. Nói một cách đơn giản là bánh xe có thể được xoay một cách riêng biệt bằng động cơ
điện hoặc động cơ xăng, hoặc cả hai. Động cơ điện có hai chức năng chính. Chức năng thứ
nhất là chuyển hóa điện năng được cung cấp từ pin điện thành cơ năng. Chức năng thứ hai
là chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng để nạp lại cho pin. Hầu hết các hãng
sản xuất Ơ tơ Hybrid hiện nay đều thiết kế theo cách này vì có thể tận dụng cả hai nguồn
năng lượng một cách hiệu quả nhất.
Trong sơ đồ này, ngồi sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong và bánh xe như
ôtô thông thường cịn có thêm động cơ điện truyền động đến bánh xe. Khi ôtô chạy trên xa
lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt trong, động cơ điện sẽ dùng khi gia tốc ơtơ
cịn khi chạy trong thành phố nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ điện.
6


Hình 1.3 Sơ đồ truyền động kiểu song song
Sơ đồ này có ưu điểm là: Cơng suất của ơtơ sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng
lượng, không cần dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao hốn, lưỡng dụng
sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất cho

các cơ cấu truyền động trung gian. Động cơ điện được sử dụng ở đây là loại đặc biệt có tính
năng lưỡng dụng, nó có thể khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để
nạp điện cho ắc quy, cung cấp năng lượng trong trường hợp xe cần gia tốc hoặc lên dốc.

7


1.2.5.3 Hệ thống Hybrid hỗn hợp
Hệ thống này kết hợp hệ thống nối tiếp với hệ thống song song nhằm để cực đại hố các
sự giúp ích của hai hệ thống. Nó có hai mơtơ, và tuỳ thuộc vào điều kiện dẩn động, chỉ dùng

môtơ điện hoặc công suất dẩn động từ cả môtơ điện và động cơ, nhằm để đạt được mức hiệu
suất cao nhất. Hơn nữa, khi cần thiết, hệ thống dẩn động các bánh xe trong lúc đồng thời
đang phát điện dùng một máy phát. Đây là hệ thống đã dùng ở xe Hybrid Prius và xe Hybrid
Estima.

Hình 1.4 Sơ dồ truyền động kiểu hỗn hợp

8