Đồ Án Mô Phỏng Động Cơ Xe Hybrid

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG

ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID
GVHD: ThS. HUỲNH QUỐC VIỆT

SVTH: MSSV
NGUYỄN NHỨT KHANG 15145077
NGUYỄN MINH CHÍ 15145016
Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài
ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG

ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID
GVHD: ThS. HUỲNH QUỐC VIỆT

SVTH: MSSV
NGUYỄN NHỨT KHANG 15145077
NGUYỄN MINH CHÍ 15145016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. NGUYỄN NHỨT KHANG MSSV: 15145077

2. NGUYỄN MINH CHÍ MSSV: 15145016
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Mã ngành đào tạo: 7510205C

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ đào tạo: 52510205
Khóa: 2015 Lớp: 15145CL3
1. Tên đề tài
ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID
2. Nhiệm vụ đề tài
 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về xe hybrid.
 Tiến hành mô phỏng và điều khiển trên phần mềm Matlab/Simulink và Fuzzy logic.
3. Sản phẩm của đề tài
 Lý thuyết về xe hybrid.
 Mô hình mô phỏng xe hybrid.
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 9/2018
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2019
TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. HUỲNH QUỐC VIỆT
Bộ môn: Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhứt Khang MSSV: 15145077 Hội đồng:
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Chí MSSV: 15145016 Hội đồng:
Tên đề tài: ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE
HYBRID.
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:
Điểm Điểm đạt
TT Mục đánh giá
tối đa được
1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các 10
mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10
Tính cấp thiết của đề tài 10
2. Nội dung ĐATN 50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ 5
thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc 15
quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc
thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển 15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên 5
ngành…
3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10
4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10
Tổng điểm 100
4. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2019
Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)
Bộ môn: Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhứt Khang MSSV: 15145077 Hội đồng:
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Chí MSSV: 15145016 Hội đồng:
Tên đề tài: ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE
HYBRID.
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:
Điểm Điểm đạt
TT Mục đánh giá
tối đa được
1. Hình thức và kết cấu ĐATN 30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các 10
mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10
Tính cấp thiết của đề tài 10
2. Nội dung ĐATN 50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ 5
thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, 15
hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng
buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển 15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên 5
ngành…
3. Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10
4. Sản phẩm cụ thể của ĐATN 10
Tổng điểm 100
7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, được sự giúp đỡ tận tình về những khó khăn
trong nghiên cứu đồ án của thầy Huỳnh Quốc Việt. Bên cạnh, là sự giúp đỡ của thầy
Dương Tuấn Tùng trưởng ngành ô tô khoa đào tạo Chất Lượng Cao và bộ môn Động cơ
nói chung đã giúp đỡ tận tình về trang thiết bị, cơ sở vật chất trong quá trình thực hiện đồ
án.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Th.S Huỳnh Quốc Việt, giảng viên Bộ
môn 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 giảng viên 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 luôn tạo điều kiện, quan
tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Trân trọng!
Nhóm Sinh Viên Thực Hiện

TÓM TẮT
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không
giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe , nhưng đều có xu hướng là
từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối
thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày
càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không
đáng kể.
Ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên
cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây,
như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống
cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt
trời, ôtô lai (hybrid)...
Trong bối cảnh đó thì ôtô hybrid nhiệt điện (kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ
điện) được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ôtô sạch, nhằm
đáp ứng tính khắt khe môi trường đô thị, tính nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu.
Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu kỹ hơn về dòng xe lai điện kiểu hỗn hợp, nhóm
chúng em đã thực hiện đề tài: Ứng dụng Matlap/Simulink và Fuzzy logic 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 không 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
1.1.1 Đặt vấn đề...........................................................................................................1
1.1.2 Mục tiêu của đề tài..............................................................................................1
1.1.3 Giới hạn đề tài.....................................................................................................1
1.1.4 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................1
1.2 TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID...............................................................................2
1.2.1 Giới thiệu chung và nguyên nhân ra đời xe Hybrid.............................................2
1.2.2 Ôtô Hybrid là gì?................................................................................................3
1.2.3 Nguyên lý hoạt động Ôtô Hybrid........................................................................4
1.2.4 Ưu điểm..............................................................................................................4
1.2.5 Phương pháp truyền động...................................................................................5
1.2.5.1 Tổ hợp ghép nối tiếp........................................................................................5
1.2.5.2 Tổ hợp ghép song song....................................................................................6
1.2.5.3 Hệ thống Hybrid hỗn hợp................................................................................8
1.2.5.4 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ điện trong mỗi hệ thống...............................9
1.2.6 Các bộ phận chính của ôtô Hybrid....................................................................10
1.2.7 Tính kinh tế của xe Hybrid................................................................................11
1.2.8 Xu thế phát triển của xe Hybrid ở các nước phát triển......................................12
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP..........................14
2.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP..............................14
2.1.1 Động cơ 1NZ-FXE............................................................................................15
2.1.2 Hộp số Hybrid...................................................................................................17
2.1.3 MG1 và MG2....................................................................................................18
2.1.4 Bộ phân chia công suất (Power-Split Device)...................................................20
2.1.5 Bộ chuyển đổi DC-DC:.....................................................................................23
2.1.6 Bộ chuyển đổi A/C:...........................................................................................24
2.1.7 Nguồn cao áp....................................................................................................25
2.1.7.1 Tổng quan......................................................................................................25
2.1.7.2 Cáp nguồn......................................................................................................26
2.1.7.3 Ắc quy nikel-kim loại hydrua HV:.................................................................26
2.1.7.4 ECU ắc qui....................................................................................................27
2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN..............................................................................28
2.2.1 Các chế độ hoạt động........................................................................................28
2.2.2 Chiến thuật điều khiển......................................................................................36
2.2.2.1 Hệ thống điều khiển.......................................................................................36
2.2.2.2 Phương pháp kiểm soát tốc độ động cơ.........................................................36
2.2.2.3 Phương pháp kiểm soát moment....................................................................37
2.2.2.4 Chiến lược điều khiển hệ thống truyền động.................................................39
2.2.2.5 Chiến lược kiểm soát tốc độ động cơ.............................................................39
2.2.2.6 Chiến lược kiểm soát moment kéo.................................................................40
2.2.2.6.1 Ở vùng tốc độ xe thấp:..............................................................................40
2.2.2.6.2 Ở vùng tốc độ xe trung bình.....................................................................42
2.2.2.6.3 Ở vùng tốc độ xe cao................................................................................42
2.2.2.7 Điều khiển phanh tái sinh..............................................................................43
CHƯƠNG 3 FUZZY LOGIC................................................................................................44
3.1 HỘP CÔNG CỤ LOGIC MỜ ....................................................................................44
3.2 KẾT NỐI FUZZY LOGIC VỚI SIMULINK ............................................................47
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG XE LAI KIỂU HỖN HỢP BẰNG
MATLAB/SIMULINK ........................................................................................................49
4.1 THÔNG SỐ XE MÔ PHỎNG....................................................................................49
4.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG.............................................................................................49
4.2.1 Driver................................................................................................................... 50
4.2.2 Hybrid Systems....................................................................................................50
4.2.2.1 Controller........................................................................................................51
4.2.2.2 Electrical.........................................................................................................56
4.2.2.3 Engine.............................................................................................................57
4.2.2.4 Power-Split Device..........................................................................................57
4.2.3 Vehicle.................................................................................................................. 58
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ................................................................................ 59
5.1 Vận tốc....................................................................................................................59
5.2 Trạng thái sạc PPS (SOC).......................................................................................59
5.3 Mô men xoắn và tốc độ motor (MG2).....................................................................60
5.4 Mô phỏng động cơ..................................................................................................61
5.5 Mô men xoắn và tốc độ mô tơ/máy phát (MG1).....................................................61
5.6 Kết quả suất tiêu hao nhiên liệu……………………………………………………62
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN......................................................................................................63

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 2010...............................................................................................9
Hình 1.6 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ.............................................................................10
Hình 1.7 Các bộ phận chính trên xe Hybrid..........................................................................11
Hình 2.1 Cấu trúc của hệ thống.............................................................................................14
Hình 2.2 Động cơ 1NZ-FXE.................................................................................................15
Hình 2.3 Hộp số Hybrid........................................................................................................17
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2..................................................................19
Hình 2.5 Bộ bánh răng hành tinh..........................................................................................20
Hình 2.6 Bộ phận chia công suất...........................................................................................21
Hình 2.7 Các cách bố trí sơ đồ truyền động..........................................................................23
Hình 4.4 Thành phần của khối Hybrid Systems....................................................................51
Hình 4.5 Khối Controller......................................................................................................51
Hình 4.6 Sơ đồ chiến thuật điều khiển..................................................................................55
Hình 4.7 Khối Electrical.......................................................................................................56
Hình 4.8 Khối Engine...........................................................................................................57
Hình 4.9 Khối PSD...............................................................................................................57
Hình 4.10 Khối Vehicle.........................................................................................................58
Hình 5.3 Kết quả mô phỏng motor (MG2)............................................................................60
Hình 5.4 Kết quả mô phỏng động cơ.....................................................................................61
Hình 5.5 Kết quả mô phỏng máy phát (MG).........................................................................62
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Đặc điểm thông số kỹ thuật của động cơ1NZ-FXE...............................................17
Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid.....................................................................18
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của MG1...................................................................................19
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của MG2...................................................................................19
Bảng 2.5 Mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ phân chia công suất............................22
Bảng 2.6 Mối liên hệ giữa tốc độ xe và công suất ứng với tốc độ quay động cơ và mô tơ....23
Bảng 3.1 Bảng thông số xe mô phỏng...................................................................................49
Bảng 5.1 Kết quả suất tiêu hao nhiên liệu của 2 kiểu mô phỏng……………………………62
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.1 Đặt vấn đề
Trong thời đại mà quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đang diễn ra ở mọi nơi trên
toàn 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 toàn về môi trường luôn 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 dòng xe này.
Vì vậy, được sự phân công Bộ môn Động cơ ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô của khoa
Đào tạo chất lượng cao – 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-dòng 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 Hybrid.
 Xây dựng mô hình mô phỏng xe lai kiểu hỗn hợp trên phần mềm Matlap/Simulink
 Điều khiển và chạy được mô hình đó phú hợp với chu trình thử nghiệm.
1.1.3 Giới hạn đề tài
 Chỉ mô phỏng trên Matlab Simulink và Fuzzy logic, chưa tiến hành xây dựng mô 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 mô hình mới.
 Tính toán những thông số cần thiết đến mô hình hoặc tham khảo từ những thông số xe
có sẵn trên thực tế để tiến hành mô phỏng.
1
 Sử dụng Matlab Simulink để xây dựng mô hình theo các chu trình thực nghiệm.
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 loài người. Cũng chính vì thế mà tình trạng ô nhiễm
không khí trầm trọng do khí thải từ động cơ ô tô đang là một trong những vấn đề nhức nhối
của nhiều quốc gia hiện nay.
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 ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô
này.
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 còn nhiều
giới hạn về công 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 toàn 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 công nghệ
fuel cell và pin điện được hoàn chỉnh. Công 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 các nước
châu Âu, châu Mỹ và Nhật Bản v.v...
2
Hình Hình Hình Hình Hình .1 Cấu tạo một chiếc xe Hybrid.1 Cấu tạo một chiếc xe
Hybrid.1 Cấu tạo một chiếc xe Hybrid.1 Cấu tạo một chiếc xe Hybrid.1 Cấu tạo một
Ngành công 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? Ôtô
Hydro, ôtô điện, ôtô pin mặt trời... đều không dễ thực hiện. Nhưng giờ đây ôtô Hybrid -
dòng ôtô dùng nguồn năng lượng tổ hợp - đã trả lời câu hỏi hóc búa trên. Ôtô HYBRID
giảm hẳn lượng khí thải độc hại và giảm tới một nửa lượng tiêu thụ nhiên liệu.
1.2.2 Ôtô 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 Toàn 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.
3
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
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 Thông 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 thông 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 Ôtô Hybrid
Ôtô Hybrid hoạt động theo nguyên tắc: Động cơ điện được sử dụng để khởi động xe,
trong đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện còn có công
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, mô-mem lớn ở số vòng 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).
4
 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.
 Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ôtô. Có thể chạy xa và
mạnh mẽ được giống như những ô tô chạy xăng bình thường.
 Ô tô Hybrid vẫn dùng xăng làm nhiên liệu nên người vận hành không phải lo việc
nạp điện, thông thường tốn rất nhiều thời gian.
 Ô tô Hybrid ít gây ô nhiễm môi trường hơn ô tô 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 ô nhiễm môi trường; Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt
động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô; Sơ đồ này có thể không 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 Hình Hình Hình Hình Hình Hình .2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp.2 Sơ đồ
truyền động kiểu nối tiếp.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp.2 Sơ đồ truyền động kiểu
nối tiếp.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp.2 Sơ đồ
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
6
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 Ô tô 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, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong và bánh xe như
ôtô thông thường còn 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 ôtô
còn khi chạy trong thành phố nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ điện.
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .3 Sơ đồ truyền động kiểu song song.3 Sơ đồ
truyền động kiểu song song.3 Sơ đồ truyền động kiểu song song.3 Sơ đồ truyền động
kiểu song song.3 Sơ đồ truyền động kiểu song song.3 Sơ đồ truyền động kiểu song song.
3 Sơ đồ truyền động kiểu song song
7
Sơ đồ này có ưu điểm là: Công suất của ôtô 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 hoán, 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.
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 hoá các sự
giúp ích của hai hệ thống. Nó có hai môtơ, 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.
8
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .4 Sơ dồ truyền động kiểu hỗn hợp.4 Sơ dồ
truyền động kiểu hỗn hợp.4 Sơ dồ truyền động kiểu hỗn hợp.4 Sơ dồ truyền động kiểu
hỗn hợp.4 Sơ dồ truyền động kiểu hỗn hợp.4 Sơ dồ truyền động kiểu hỗn hợp.4 Sơ dồ
Hình Hình Hình Hình Hình .5 Xe Toyota Prius 2010.5 Xe

Toyota Prius 2010.5 Xe Toyota Prius 2010.5 Xe Toyota Prius 2010.5
1.2.5.4 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ điện trong mỗi hệ thống

Vì hệ thống nối tiếp sử dụng động cơ xăng để sinh ra điện cho mô-tơ vận hành bánh xe,
chúng có cùng lượng công việc như nhau.
9
Hệ thống song song dùng động cơ xăng như nguồn năng lượng chính, còn mô-tơ điện
chỉ để trợ giúp, nên động cơ xăng được sử dụng nhiều hơn.
Với hệ thống hỗn hợp, có một bộ phận liên tục thay đổi tỷ lệ công suất từ động cơ xăng
tới các trục lái. Vì mô-tơ điện có thể vừa vận hành xe, vừa làm nhiệm vụ tạo ra dòng điện
nạp nên so với động cơ xăng, nó được sử dụng nhiều hơn đôi chút.
Hình Hình Hình Hình Hình .6 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ.6 Tỷ lệ sử dụng động cơ
và mô-tơ.6 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ.6 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ.6 Tỷ lệ sử
1.2.6 Các bộ phận chính của ôtô Hybrid

 Hệ thống làm mát có nhiệm vụ làm mát động cơ đốt trong, nhiên liệu và ắc quy.
Nhiệt của nước làm mát có thể sử dụng để sấy sóng cabin xe ở vùng nhiệt độ thấp hoặc
dùng cho các thiết bị nhiệt khác.
 Động cơ điện: nhận năng lượng điện tử ắc quy, chuyển thành năng lượng cơ khí dẫn
động bánh xe. Ưu điểm của động cơ điện là cho mô-men lớn ở số vòng quay nhỏ, hoạt động
êm, hiệu suất cao.
 Hộp số: Ôtô Hybrid có thể dùng nhiều loại hộp số khác nhau. Bốn loại hộp số thường
dùng là: hộp số vô cấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số tự động thông thường với
bộ chuyển đổi mô-men.
 Hệ thống xử lý khí xả: khí thải của động cơ ôtô luôn là vấn đề được đặt ra. Ôtô
Hybrid có thể giảm lượng khí thải do tốn ít nhiên liệu, sử dụng những nguồn nhiên liệu
sạch, cải tiến chất lượng của động cơ và công nghệ xử lý khí thải.
 Bộ phận điều khiển: điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa động cơ
đốt trong và động cơ điện.
10
 Ắc quy: là một thành phần quan trọng của động cơ Hybrid, đảm bảo các yêu cầu như
tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao. Hiện nay thường sử
dụng ắc quy axit chì,
trong tương lai hai loại
ắc quy ino- lithium và
polyme- lithium có
nhiều triển vọng áp
dụng cho xe Hybrid.
Hình Hình Hình Hình Hình .7 Các bộ phận chính trên xe Hybrid.7 Các bộ phận chính
trên xe Hybrid.7 Các bộ phận chính trên xe Hybrid.7 Các bộ phận chính trên xe
1.2.7 Tính kinh tế của xe Hybrid.

 Tiết kiệm năng lượng trên đường trường: Khi vận hành ô tô Hybrid trên đường
trường, nguồn động lực chính lại là động cơ máy nổ bởi vì động cơ máy nổ đạt hiệu xuất cao
hơn khi chạy đường dài cũng như mạnh mẽ hơn động cơ điện. Cách thiết kế này giúp ô tô
Hybrid đạt được gia tốc mạnh và vận tốc cao tương tự như các loại ô tô truyền thống khác.
11
 Thu hồi năng lượng: Ngoài tiết kiệm năng lượng trong quá trình chuyển hóa năng
lượng từ nhiên liệu sang cơ năng một cách hiệu quả hơn, ô tô Hybrid còn được thiết kế nhằm
thu hồi lượng năng lượng bị hao phí qua quá trình vận hành. Đối với ô tô thông thường khi
được hãm lại, năng lượng được chuyển hóa từ cơ năng sang nhiệt năng làm nóng đĩa thắng
(rotor). Đối với ô tô Hybrid, cơ năng có thể được chuyển hóa thành điện năng và nạp lại vào
pin điện, vì thế rất nhiều năng lượng hao phí trong quá trình vận hành xe được thu hồi vào
tái sử dụng. Tuy nhiên ô tô Hybrid vẫn được trang bị bộ thắng đĩa (break pad) như ô tô thông
thường trong trường hợp người lái cần hãm khẩn cấp.
 Giới hạn: Khuyết điểm chính của công nghệ Hybrid là hệ thống Pin Nạp Lại Được
(Rechargable Battery). Giá thành của mỗi bộ pin này rất đắt là một điều đáng ngại đối với
người dùng, nhất là những người dùng ô tô Hybrid cũ; giá trị trung bình mỗi bộ pin này là
trên dưới năm nghìn dollar. Tuy nhiên, các nhà sản xuất đã vẫn đang nghiên cứu và phát
triển nhiều giải pháp cho vấn đề này như: tái chế pin cũ, phát triển kỹ thuật pin mới, nâng
cao tuổi thọ của pin v.v... hứa hẹn mang lại nhiều cải tiến mới, giảm giá thành sản phẩm, đưa
kỹ thuật Hybrid đến với nhiều tầng lớp người dân có thu nhập thấp trong xã hội nhằm mục
đích thay thế dần những phương tiện giao thông cũ, giảm thiểu lượng khí thải gây ô nhiễm
môi sinh.
1.2.8 Xu thế phát triển của xe Hybrid ở các nước phát triển.
Vào đầu thế kỷ 20 các nhà sản xuất xe của Mỹ đã sử dụng động cơ xăng, điện và hơi
nước một cách song song. Họ sớm nhận ra rằng hai hay nhiều động cơ kết hợp lại sẽ làm
tăng tính hiệu quả của động cơ. Và kết quả của giả thuyết đó là động cơ Hybrid (động cơ
xăng điện) ra đời vào năm 1905 do một kỹ sư người Mỹ phát minh. Thời kỳ đó phát minh
này không được mấy người quan tâm bởi vì động cơ đốt trong khi đó còn khá rẻ so với động
cơ xăng điện có cùng công xuất. Sau 70 năm, khi cuộc khủng hoảng dầu lửa xảy ra, vấn đề
tiết kiệm nhiên liệu mới được quan tâm nhiều và đây chính là lý do để động cơ Hybrid được
nghiên cứu lại. Tuy nhiên, 30 năm trước, do một số quy định nên động cơ Hybrid đã bị trì
hoãn. Ngày hôm nay những chiếc xe như Toyota Prius hay Honda Accord loại Hybrid đã trở
12
nên phổ biến, được nhiều người tiêu dùng yêu thích. Liệu Hybrid có phải là xu hướng của
xe trong tương lai?
Một trong những lý do nữa khiến Hybrid ngày càng được quan tâm đó là môi trường
sống. Như chúng ta biết động cơ đốt trong sẽ thải ra khí carbon monoxide (CO), carbon
dioxide (CO2) và khí hydro-carbon (HC) chưa đốt, đây là những nhân tố chính gây ô nhiễm
môi trường. Các hiện tượng như sự nóng lên của toàn cầu hay hiện tượng “El Nino” xảy ra
một phần là hậu quả của việc sử dụng động cơ dầu diesel và xăng.
Sự phát triển của công nghệ Hybrid sẽ giúp hạ giá thành nhiên liệu, theo ước tính lượng
xe Hybrid được sản xuất sẽ tăng gấp đôi mỗi năm, một dự báo rất lạc quan là vào năm 2007
hay 2008 sẽ có khoảng một triệu xe Hybrid được tiêu thụ tại thị trường Mỹ.
Nhưng chúng ta không nên quên rằng doanh số của các loại xe thông thường cũng sẽ
tăng lên, ví dụ như nếu hiện nay có 200 ngàn chiếc xe tại Mỹ, thì sau 20 năm con số đó có
thể sẽ là 300 ngàn chiếc.
Năm 2006, thị trường Mỹ có 10 mẫu xe Hybrid khác nhau có giá từ 19,000 đôla tới
53,000 đôla. Chiếc Honda Civic và Toyota Prius được coi là những chiếc xe thông dụng
nhất có giá dưới 30,000 đôla. Mức giá đó có thể là không phải là thấp đối với một chiếc
compact sedan nhưng cũng không quá cao. Trong vòng 5 năm tới số xe Hybrid sẽ lên đến
50 chiếc gồm nhiều hình dáng, kích thước và giá cả.
13
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG HYBRID
HỖN HỢP
Hệ thống Hybrid System kiểu hỗn hợp có 2 nguồn dẫn động: động cơ xăng và mô tơ
điện. Hệ thống điều khiển Hybrid lựa chọn sự kết hợp tốt nhất của hai nguồn dẫn động trên
tương ứng với những điều kiện lái.
Hình Hình Hình Hình Hình .8 Cấu trúc của hệ thống.8 Cấu trúc của hệ thống.8 Cấu
trúc của hệ thống.8 Cấu trúc của hệ thống.8 Cấu trúc của hệ thống
2.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP
 Hộp số Hybrid bao gồm MG1, MG2 và cụm bánh răng hành tinh.
 Động cơ 1NZ-FXE.
 Cụm bộ chuyển đổi bao gồm: một bộ chuyển đổi DC-DC, và một bộ chuyển đổi A/C.
 ECU HV, tập hợp tín hiệu từ các cảm biến và gởi kết quả tính toán đến ECM, cụm
biến đổi, ECU ắc quy, ECU để điều khiển hệ thống Hybrid.
 Cảm biến vị trí số.
14
 Cảm biến vị trí bàn đạp ga, biến đổi góc mở bướm ga thành tín hiệu điện.
 ECU điều khiển trượt, điều khiển phanh tái sinh.
 ECM
 ECU ắc quy, kiểm tra tình trạng nạp của ắc quy HV và điều khiển sự hoạt động của
quạt làm mát.
 SMR (System Main Relay), nối và ngắt mạch công suất cao áp.
 Ắc qui phụ, lưu trữ 12V DC cho hệ thống điều khiển xe.
2.1.1 Động cơ 1NZ-FXE
Hình Hình Hình Hình Hình Hình .9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ
1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-FXE
1NZ-FXE là một trong hai nguồn công suất của xe Prius. 1NZ-FXE là một động cơ
thẳng hàng 4 xy lanh 1.5l với hệ thống VVT-I (hệ thống điều khiển thời điểm nạp thông
minh) và hệ thống ETCS-I (hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh). 1NZ-FXE
bao gồm một số sự điều chỉnh giúp đặc tính cân đối, tính kinh tế về nhiên liệu và khí thải
được sạch hơn đối với xe Hybrid.
Một dạng độc đáo của động cơ 1NZ-FXE đó là thời điểm phối khí chu trình Atkinson
cho phép động cơ giảm khí thải nhờ vào sự thay đổi mối tương quan giữa thì nén và thì giãn
15
nỡ. Một đặc trưng khác được đưa vào trên các xe hybdrid thế hệ ’04 về sau là hệ thống tích
nhiệt cho nước làm mát. Nó thu hồi nước nóng từ động cơ và chứa chúng trong một thùng
cách nhiệt và giữ nhiệt nóng lên đến ba ngày. Về sau, một bơm điện luân chuyển nước nóng
xuyên qua động cơ để giảm khí thải HC tại thời điểm động cơ còn lạnh (lúc khởi động).
 Đặc điểm thông số kỹ thuật:
Loại động cơ 1NZ-FXE
Số lượng xi lanh và cách bố trí 4-xi lanh, thẳng hàng

16 van DOHC, xích dẫn
Cơ cấu van
động ( với VVT-i)
Buồng đốt Kiểu vát nghiêng
Đường ống nạp Dòng chéo
Hệ thống nhiên liệu SFI
1497(91.3)
Thể tích công tác cm3(cu.in)
Đường kính x hành trình mm (in) 75.0 x 84.7
(2.95 x 3.33)
Tỉ số nén 13.0 : 1
57kW tại 5000 v/p

Công suất cực đại (SEA-NET)
(76 HP tại 5000 v/p)
111 N.m tại 4200 v/p
Mômen cực đại (SEA-NET)
(82 ft.1bf tại 4200 v/p)
Mở 18o --- -15o BTDC
Van
đón
nạp 72o --- 105o ABDC
Thời điểm g
Mở 34o BBDC
đóng mở Van
đón
van xả 2o ATDC
g
Thứ tự đánh lửa 1-3-4-2
16
Trị số ốc tan xác định theo phương pháp
91 hoặc cao hơn
nghiên cứu RON
Trị số ốc tan 87 hoặc cao hơn
API SJ, SL, EC hoặc
Cấp dầu
ILSAC
Tuần hoàn khí thải ống pô SULEV
Tuần hoàn khí thải bay hơi AT-PZEV, ORVR

Bảng Hình Hình Hình Hình Hình Hình .9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-
FXE.9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-FXE.9 Động cơ 1NZ-
FXE.1 Đặc điểm thông số kỹ thuật của động cơ1NZ-FXE
2.1.2 Hộp số Hybrid

Bao gồm:
 Một cụm bánh răng hành tinh, cung cấp tỉ số truyền vô cấp và điều khiển như một
bộ phân chia công suất.
 Một bộ giảm tốc bao gồm bộ truyền động xích, bộ bánh răng giảm tốc và bộ
truyền lực cuối cùng.
 Bộ vi sai.
17
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .10 Hộp số Hybrid.10 Hộp số Hybrid.10 Hộp số
Hybrid.10 Hộp số Hybrid.10 Hộp số Hybrid.10 Hộp số Hybrid.10 Hộp số Hybrid
18
 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid:
Loại hộp số P111 đời Prius 2010

Số răng của bánh răng mặt trời 78
Số răng của bánh răng hành
Bộ bánh răng 23
tinh
hành tinh
Số răng của bánh răng bao 30
Tỉ số truyền của bộ vi sai 3.905
Số mắt xích 74
Bánh xích chủ động 39
Xích dẫn động
Bánh xích bị động 36
Bánh răng chủ động 30
Bộ bánh răng
giảm tốc Bánh răng bị động 44
Bánh răng chủ động 26
Bộ truyền động cuối cùng
Bánh răng bị động 75
Dung tích dầu Lít(US qts, Imp qts) 4.6(4.9, 4.0)
ATF T-IV hoặc

Loại dầu đẳng trị
Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng .2 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid.2 Thông số
kĩ thuật của hộp số Hybrid.2 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid.2 Thông số kĩ thuật
của hộp số Hybrid.2 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid.2 Thông số kĩ thuật của hộp
số Hybrid
2.1.3 MG1 và MG2
 Cả MG1 và MG2 có kích thướt nhỏ, trọng lượng nhẹ, đạt hiệu quả cao của loại mô
tơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu xoay
chiều 3 pha.
 Chức năng của MG1 và MG2 kết hợp
hiệu quả cao cả máy phát đồng bộ xoay chiều và
mô tơ điện. MG1 và MG2 hoạt động như
nguồn cung cấp hỗ trợ lực kéo giúp động cơ
xăng khi cần thiết.
 MG1: nạp lại cho ắc qui HV và cung cấp
điện năng dẫn động MG2. Ngoài ra bằng
19
phanh tái sinh, MG2 biến đổi động năng thành năng lượng điện lưu trữ trong ắc qui HV.
MG2 hoạt động như một máy phát.
 Một hệ thống làm mát thông qua bơm nước làm mát MG1 và MG2.
 Thông số kỹ thuật của MG1:
Loại động cơ Động cơ nam châm vĩnh cữu
Chức năng Máy phát; máy khởi động
Điện áp cực đại (V) AC 273.6

Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng .3 Thông số kỹ thuật của MG1.3 Thông số kỹ thuật
của MG1.3 Thông số kỹ thuật của MG1.3 Thông số kỹ thuật của MG1.3 Thông số kỹ
thuật của MG1.3 Thông số kỹ thuật của MG1
 Thông số kỹ thuật của MG2:
Loại động cơ Động cơ nam châm vĩnh cữu
Chức năng Máy phát; dẫn động bánh xe
Điện áp cực đại (v) AC 273.6
Công suất cực đại kW(PS)/ 33(45)/1040-5600
(v/p)
Mômen cực đại N.m(Kgf.m)/ 400(35.7)/0-400

(v/p)
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng .4 Thông số kỹ thuật của MG2.4 Thông số kỹ
thuật của MG2.4 Thông số kỹ thuật của MG2.4 Thông số kỹ thuật của MG2.4 Thông
số kỹ thuật của MG2.4 Thông số kỹ thuật của MG2.4 Thông số kỹ thuật của MG2
20
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .11 Sơ đồ hệ thống điều khiển
MG1, MG2.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển
MG1, MG2.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2
2.1.4 Bộ phân chia công suất (Power-Split Device)
 Trái tim của hệ thống Hybrid là một thiết bị nhỏ gọn được gọi là bộ phân chia công
suất PSD (Power Split Device). PSD là bộ bánh răng hành tinh có kết cấu giống như bộ
bánh răng hành tinh của hộp số tự động nhưng hoạt động thì khác hoàn toàn.
 Sự sắp xếp của các bánh răng hành tinh trong bộ phân chia công suất và cách ăn
khớp giữa các bánh răng với nhau. Bánh răng ở trung tâm gọi là bánh răng mặt trời, các
bánh răng bao xung quanh nó gọi là bánh răng hành tinh, các trục của bánh răng hành tinh
được cố định với cần dẫn và nó quay xung quanh tâm của bánh răng mặt trời. Tất cả bánh
răng hành tinh đều có kích thước bằng nhau và có cùng khoảng cách so với tâm quay.Vòng
răng ở ngoài cùng gọi là bánh răng bao, nó ăn khớp với các bánh răng hành tinh.
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .12 Bộ bánh răng hành tinh.12 Bộ bánh
răng hành tinh.12 Bộ bánh răng hành tinh.12 Bộ bánh răng hành tinh.12 Bộ bánh răng
hành tinh.12 Bộ bánh răng hành tinh.12 Bộ bánh răng hành tinh.12 Bộ bánh răng
hành tinh
21
 Trong hệ thống Hybrid. Bộ bánh răng hành tinh dùng để phân chia công suất. Động
cơ đốt trong (ICE) được kết nối với cần dẫn, mô tơ máy phát 1 (MG1) được kết nối với
bánh răng mặt trời và mô tơ máy phát 2 (MG2) được kết nối với bánh răng bao.
 Tất cả các bánh răng trên đều quay tròn khác nhau và tốc độ thay đổi. Theo kiểu này
thì tốc độ của ICE và MG2 có thể thay đổi. MG2 vừa là mô tơ vừa là máy phát có tốc độ
thay đổi lớn đến 6,500 v/p, MG2 được kết nối với các bánh xe chủ động qua hệ thống
truyền động. Khi tốc độ lực truyền từ MG2 đến vòng răng thay đổi thì tốc độ của xe sẽ thay
đổi, trong khi nếu thay đổi tốc độ trực tiếp của ICE (MG2=0) thì tốc độ của xe không trực
tiếp thay đổi. ICE có thể quay chậm hoặc nhanh tùy thuộc vào công suất cần thiết phải phát
ra và khi có sức cản hoặc sự trợ giúp từ động cơ máy phát thì xe có thể chạy trong suốt quá
trình động cơ hoạt động.
Thành phần Tốc độ Moment 
Bánh răng mặt trời T
ố
Bánh răng bao
c
Cần dẫn
độ quay của MG1, MG2 và ICE phụ thuộc lẫn nhau. Tốc độ quay của MG1 sẽ thay đổi khi thay
đổi MG2 hoặc ICE hoặc thay đổi cả hai. Tốc độ MG1 có thể đạt tới 10,000 v/p.
 ICE bị giới hạn tốc độ giữa 800 v/p đến 4,500 v/p. Nó cũng có thể dừng hẳn, nhưng
ở tốc độ khoảng từ 0 đến 800 v/p thì ICE không thể hoạt động có hiệu quả. ECU nhận biết
và nó dừng ICE. ICE sẽ được khởi động trở lại bởi MG1 khi cần công suất cao hơn hoặc số
vòng quay cao hơn.
 Động cơ đốt trong ICE được kết nối với cần dẫn. Khi cần dẫn quay, các bánh răng
hành tinh ăn khớp có xu hướng tác động
22
đến bánh răng mặt trời và bánh răng bao làm bánh răng mặt trời và bánh răng bao quay
cùng chiều với nó. Bằng cách lựa chọn cẩn thận số răng của bánh răng mặt trời và bánh răng
bao. Hãng Toyota tìm được kích thước bộ phân chia công suất hợp lý, qua đó xác lập tỉ lệ
phân phối là 72% mô men truyền đến bánh răng bao và 28% mô men truyền đến bánh răng
mặt trời.
Tính toán:
Mối quan hệ về vận tốc góc, moment xoắn trong bộ phân chia công suất:
 Vận tốc góc:
Hình Hình Hình Hình Hình Hình

Hình .13 Bộ phận chia công suất.13 Bộ phận chia công suất.13 Bộ phận chia công
suất.13 Bộ phận chia công suất.13 Bộ phận chia công suất.13 Bộ phận chia công suất.13
Bộ phận chia công suất
Trong đó: ny, ns, nr lần lượt là vận tốc góc của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng
bao.
 Moment xoắn:
Ty = -kysTs = -kyrTr
Trong đó: Ty, Ts, Tr lần lượt là moment xoắn của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng
bao. Và kys = 1+ig ; kyr =
23
Khi một trong các bộ phận bộ bánh răng hành tinh bị khóa, lúc này nó bộ bánh răng
hành tinh sẽ trở thành bộ bánh răng thường với một đầu vào và một đầu ra. Mối quan hệ đó
được biểu diễn dưới đây:
Bảng Ty = -kysTs = -kyrTr .5 Mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ phân
chia công suất
Đối với xe lai kiểu hỗn hợp sử dụng bộ bánh răng hành tinh làm khớp nối tốc độ, sẽ có
rất nhiều lựa chọn khác nhau trong việc kết nối các bộ phận của bộ bánh răng hành tinh đến
hệ thống truyền động:
Thành phần Tốc độ Moment

Bánh răng mặt trời
Bánh răng bao
Cần dẫn
Hình Ty = -kysTs = -kyrTr .14 Các cách bố trí sơ

đồ truyền động
Tuy nhiên, qua tính toán việc kết nối động cơ-cần dẫn, bánh răng bao-bánh xe chủ động,
bánh răng mặt trời-motor sẽ là sự lựa chọn hợp lý. Ở cách kết nối này, động cơ sẽ hoạt động
tối ưu, giảm được kích thước của motor/máy phát, tiết kiệm chi phí, hiệu suất hoạt động tốt.
Lúc này, moment xoắn của động cơ (Te) , motor ( Tm) sẽ có mối liên hệ: Te = -kysTm
Tốc độ xe Công suất Tốc độ quay Tốc độ quay

động cơ MG1
40 dặm/giờ 3.6kW 1,300 - 1,470
vòng/phút vòng/phút
50 dặm/giờ 5.9kW 1,500 - 2,003
24
vòng/phút vòng/phút
60 dặm/giờ 9.2kW
Bảng Ty = -kysTs = -kyrTr .6 Mối liên hệ giữa tốc độ xe và công suất ứng với tốc độ
quay động cơ và mô tơ
2.1.5 Bộ chuyển đổi DC-DC:
 Nguồn điện cung cấp cho những thiết bị phụ thêm của xe (như là đèn, hệ thống âm
thanh, quạt làm mát A/C, ECUs,...) thì được dựa trên hệ thống nguồn một chiều 12V.
điện áp đầu ra máy phát THS-II là 201.6V DC. Bộ chuyển đổi biến đổi điện áp từ 201.6V
DC thành 12V DC nạp vào ắc qui phụ.
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-
DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ
chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC
2.1.6 Bộ chuyển đổi A/C:
25
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi
DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC.8 Bộ
chuyển đổi DC-DC.8 Bộ chuyển đổi DC-DC.9 Bộ chuyển đổi AC
Cụm bộ chuyển đổi bao gồm 1 bộ chuyển đổi dành riêng cho hệ thống điều hòa không
khí để biến đổi điện áp một chiều ắc qui HV 201.6V thành điên áp xoay chiều 201.6V cung
cấp cho máy nén điện của hệ thống điều hòa không khí.
2.1.7 Nguồn cao áp

2.1.7.1 Tổng quan
 Công nghệ ắc quy Niken-kim loại hydrua đã phát triển cho hệ thống Hybrid cung cấp
cả về mật độ công suất và độ bền tốt nhất, trọng lượng nhẹ thích hợp với những đặc điểm
của hệ thống Hybrid. Hệ thống Hybrid điều khiển tỉ lệ nạp và phóng để giữ cho ắc quy HV
ở tình trạng nạp ổn định.
 Ắc quy HV, ECU ắc quy, và rơ le chính của hệ thống (SMR: System Main Relay)
được bọc kín trong một thùng tín hiệu và được đặt trong khoang hành lí phía sau chổ ngồi
sau để đảm bảo hiệu quả khoảng không gian xe.
26
 Một bộ nối điện dùng để ngắt mạch điện được lắp ráp ở chổ giữa 28 mô đun.(giữa
môđun 19 và môđun 20). Trước khi bảo dưỡng bất kì thành phần nào của mạch điện cao áp,
phải bảo đảm tháo bộ nối điện.
 Đảm bảo tính năng hoạt động của ắc quy HV tính đến nhiệt được tạo ra trong ắc quy
trong thời gian nạp và phóng, ECU ắc quy điều khiển hoạt động của quạt làm mát.
 Ắc quy HV của Prius thế hệ 04 bao gồm 168 ngăn (1.2V x 6 ngăn) x 28 môđun) với
điện áp là 201.6V.
 Sự kết nối giữa các ngăn của ắc quy HV được mắc song song với nhau. Do vậy điện
trở bên trong của ắc quy cũng được giảm đi nhờ cải tiến này.
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .10 Cấu trúc bộ nguồn cao áp.10
Cấu trúc bộ nguồn cao áp.10 Cấu trúc bộ nguồn cao áp.10 Cấu trúc bộ nguồn cao
áp.10 Cấu trúc bộ nguồn cao áp.10 Cấu trúc bộ nguồn cao áp.10 Cấu trúc bộ nguồn
cao áp.10 Cấu trúc bộ nguồn cao áp.10 Cấu trúc bộ nguồn cao áp
2.1.7.2 Cáp nguồn
 Là một cáp điện áp cao, dòng điện cao áp dùng kết nối ắc qui HV với bộ chuyển đổi
và bộ chuyển đổi với MG2. Prius thế hệ 04 trở về sau, cáp nguồn kết nối bộ chuyển đổi với
máy nén A/C.
 Cáp nguồn được định vị phía dưới chỗ ngồi sau, qua bảng điều khiển sàn dọc phía
dưới cốt sàn xe. Bộ dây dẫn 12V DC từ 1 định vị tương tự từ ắc qui phụ tới phía trước của
xe.
 Cáp nguồn được bảo vệ để làm giảm nhiễu điện từ. Để thuận lợi cho mục đích nhận
dạng thì bộ dây dẫn cao áp và đầu nối được định dạng bằng màu cam để phân biệt chúng
với dây dẫn hạ áp thông thường.
27
Hình Hình Hình Hình Hình .11 Cáp nguồn.11 Cáp nguồn.11 Cáp nguồn.11 Cáp
nguồn.11 Cáp nguồn
2.1.7.3 Ắc quy nikel-kim loại hydrua HV:
 Sử dụng loại Niken- kim loại hydrua (ắc qui hydrua kim lọai kiềm (NiNH)). Công
nghệ ắc qui giống như điện thoại và máy tính xách tay.
 Bộ ắc qui HV gồm 6 ngăn Niken-kim loại hydrua 1.2V được mắc nối tiếp tạo thành
1 môđun.
 28 môđun được kết nối cho điện áp định mức 201.6V. Những ngăn được kết nối
song song để làm nhỏ điện trở bên trong của ắc qui.
 Bản điện cực trong ắc qui HV làm từ Niken xốp và hỗn hợp kim loại hydrua.
 Điện năng được lưu trữ trong ắc qui được phục hồi bởi MG2 trong thời gian phanh
tái sinh và tạo năng lượng bởi MG1. Ắc qui cung cấp điện đến mô tơ điện khi đã khởi động
hoặc khi cần tăng công suất.
28
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .12 Ắc qui HV.12 Ắc qui HV.12 Ắc
qui HV.12 Ắc qui HV.12 Ắc qui HV.12 Ắc qui HV.12 Ắc qui HV.12 Ắc qui HV.12 Ắc qui
HV
2.1.7.4 ECU ắc qui

Chức năng
Hình
Hình
Hình
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04
về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13
ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui
Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ
04 về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13
ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui Prius thế hệ 04 về sau.13 ECU ắc qui
Prius thế hệ 04 về sau
 Đánh giá tỉ lệ dòng nạp/phóng và công suất nạp và phóng yêu cầu đến ECU HV để
duy trì tình trạng nạp ở mức trung tâm.
 Đánh giá lượng nhiệt phát ra trong thời gian nạp và phóng, và điều chỉnh quạt làm
mát để duy trì nhiệt độ ắc qui HV.
 Kiểm tra nhiệt độ và điện áp của ắc qui và nếu có sự sai chức năng được tìm thấy, thì
có thể ngăn chặn hoặc dừng việc nạp và phóng để bảo vệ ắc qui.
 Trạng thái nạp: (SOC)
 ECU ắc qui kiểm tra sự ổn định của nhiệt độ, điện áp, dòng điện của ắc qui HV. Nó
cũng kiểm tra sự rò rỉ của ắc qui HV.
 Trong khi xe chuyển động, ắc qui HV chịu đựng sự lặp lại chu trình nạp/phóng khi
nó trở nên được phóng bởi MG2 trong thời gian tăng tốc, và được nạp bởi phanh tái sinh
trong thời gian giảm tốc.
 ECU ắc qui đánh giá dòng nạp/phóng và công suất nạp/phóng yêu cầu đến ECU HV
để duy trì trạng thái nạp tại mức trung tâm.
29
 Mục đích của SOC là 60%. Khi SOC giảm dưới giá trị trên thì ECU ắc qui truyền tín
hiệu đến ECU HV. Sau đó ECU HV gởi đến ECM động cơ để tăng công suất nạp ắc qui
HV. Nếu SOC dưới 20%, động cơ không tạo ra công suất.
 Delta SOC: bình thường sai số SOC là 20%. Nếu SOC vượt quá 20%, điều này nghĩa
là ECU ắc qui HV không thể điều chỉnh hoặc duy trì nhiều giá trị SOC trong giới hạn
cho phép.
2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
2.2.1 Các chế độ hoạt động

Hình trên cho thấy cấu hình chi tiết của hệ thống truyền động kiểu hỗn hợp ( khớp nối
moment và khớp nối tốc độ). Đơn vị bánh răng hành tinh tạo thành khớp nối tốc độ để kết
nối động cơ và motor / máy phát điện với nhau. Động cơ và motor / máy phát điện được kết
nối với cần dẫn và bánh răng mặt trời tương ứng. Các bánh răng của bánh răng hành tinh
được kết nối với bánh lái thông qua cần dẫn nối với bánh răng Z1, Z2, Z4, Z5, và bộ vi sai.
Một motor kéo được kết nối với bánh lái thông qua bánh răng của Z3, Z2, Z4, Z5, và bộ vi
sai để kết hợp các momen xoắn đầu ra của bánh răng bao và motor kéo lại với nhau.
30
Trong cấu hình này, một ly hợp và hai khóa được sử dụng. Ly hợp phục vụ cho việc kết
nối hoặc ngắt kết nối động cơ với cần dẫn của bánh răng hành tinh. Khóa 1 được sử dụng để
khóa hoặc nhả bánh răng mặt trời và trục của motor/ máy phát điện đến sườn xe. Khoá 2
được sử dụng để khóa hoặc nhả cần dẫn đến sườn xe. Bằng việc điều khiển ly hợp, khóa,
động cơ, motor / máy phát điện và motor kéo, nhiều chế độ hoạt động được sử dụng:
Hình Hình Hình Hình Hình .14 Sơ đồ của hệ thống truyền động.14 Sơ đồ của hệ thống
truyền động.14 Sơ đồ của hệ thống truyền động.14 Sơ đồ của hệ thống truyền động.14
Sơ đồ của hệ thống truyền động
 Chế độ khớp nối tốc độ: Trong chế độ này, motor kéo sẽ không hoạt động. các chế độ
hoạt động như sau:
31
 Chỉ có động cơ hoạt động: ly hợp làm việc ở chế độ hợp để kết nối động cơ đến cần
dẫn, khóa 1 khóa bánh răng mặt trời đến sườn xe do vậy motor / máy phát điện không hoạt
động. Dòng năng lượng được thể hiện dưới hình sau.
Hình Hình Hình Hình Hình .15 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có động cơ hoạt động.15
Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có động cơ hoạt động.15 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ
có động cơ hoạt động.15 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có động cơ hoạt động.15 Dòng
năng lượng ở chế độ chỉ có động cơ hoạt động
PLG: Bánh răng hành tinh
M/G: Motor/ máy phát
TM: Motor kéo
GB: Hộp số
PPS: Ắc quy
Trong trường hợp này, động cơ tự cung cấp mô men xoắn cho bánh xe chủ động. Mối
quan hệ tốc độ giữa động cơ và bánh xe:
Với ndw và ne là tốc độ của bánh xe chủ động và động cơ, và i rw là tỷ số truyền từ bánh
răng bao đến bánh xe được thể hiện :
32
Trong đó Z1, Z2, Z4, và Z5 là số răng của bánh răng Z1, Z2, Z4, và Z5.
Mối quan hệ mômen giữa bánh lái và động cơ :
Với Tdw là mô-men xoắn tạo ra tại bánh xe bởi moment xoắn động cơ T e, ηyr là hiệu suất từ
cần dẫn đến bánh răng bao, và ηrw là hiệu suất từ bánh răng bao đến bánh lái.
 Chỉ có motor / máy phát điện kéo: Trong chế độ này, động cơ sẽ tắt ; bộ ly hợp có
thể hoạt động hoặc không và khóa 1 nhả bánh răng mặt trời và trục của motor / máy phát
điện từ sườn xe; Khóa 2 khóa cần dẫn vào sườn xe. Trong trường hợp này, xe được vận
hành bởi motor / máy phát điện.
Dòng năng lượng được thể hiện trong hình sau.
Hình Hình Hình Hình Hình Hình .16 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy
phát điện kéo.16 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy phát điện kéo.16 Dòng
năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy phát điện kéo.16 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ
có motor / máy phát điện kéo.16 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy phát
điện kéo.16 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy phát điện kéo
Mối quan hệ tốc độ và momen xoắn giữa motor / máy phát và bánh lái :
Và:
33
Với Tdw là mômen kéo trên bánh lái được tạo ra bởi mô men xoắn motor / máy phát điện
Tm/g, và ηsr là hiệu suất từ bánh răng mặt trời đến bánh răng bao.
Cần lưu ý rằng motor / máy phát điện phải được vận hành ở góc phần tư thứ ba, nghĩa là
vận tốc góc âm (ngược hướng với chiều quay động cơ).
 Động cơ và motor / máy phát điện cùng hoạt động : Trong chế độ này khóa 1 và 2
nhả từ sườn xe. Vận tốc góc của bánh lái, động cơ, và moto / máy phát điện có mối quan hệ:
Và mômen xoắn có mối quan hệ
Trong đó b là một hằng số khi dòng công suất chạy từ motor /máy phát điện đến
bánh răng mặt trời, nghĩa là n m/g <0, b = 1, ngược lại b = -1. Phương trình chỉ ra với tốc
độ xe nhất định, tốc độ động cơ có thể được điều chỉnh bằng tốc độ motor / máy phát
điện.
Phương trình trên chỉ ra rằng mô men động cơ, mô men motor / máy phát điện, mô
men tải trên bánh xe dẫn động luôn luôn giữ một mối quan hệ cố định. Điều này ngụ ý
rằng sự thay đổi bất kì thành phần moment xoắn nào đều sẽ gây ra thay đổi hai thành
phần moment xoắn còn lại, làm cho các điểm hoạt động của động cơ và motor /máy phát
điện thay đổi.
Dòng năng lượng được trình bày trong hình sau.
34
Hình Hình Hình Hình Hình Hình .17 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor /
máy phát điện cùng hoạt động.17 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor / máy
phát điện cùng hoạt động.17 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor / máy phát
điện cùng hoạt động.17 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor / máy phát điện
cùng hoạt động.17 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor / máy phát điện cùng
hoạt động.17 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor / máy phát điện cùng hoạt
động
 Chế độ khớp nối mô-men: Khi motor kéo được nạp năng lượng, mô men xoắn có thể
được thêm vào moment xoắn đầu ra của bánh răng bao để tạo thành chế độ khớp nối
moment. Khi motor kéo được điều khiển ở chế độ motor hoặc phát điện, tạo ra sáu chế
độ hoạt động cơ bản như sau:
 Động cơ độc lập kết hợp với motor kéo : Chế độ này giống như chế độ kiểu song
song . Dòng năng lượng được thể hiện trong hình 2.26
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .18 Dòng năng lượng ở chế độ động
cơ độc lập kết hợp với motor kéo.18 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp
với motor kéo.18 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo.18
Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo.18 Dòng năng lượng
ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo.18 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ
độc lập kết hợp với motor kéo.18 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp
với motor kéo.18 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo.18
Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo
35
 Động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện: Chế độ này giống như chế độ PPS
sạc từ động cơ trong hệ thống truyền động Hybrid. Dòng năng lượng được hiển thị trong
hình sau:
Hình Hình Hình Hình Hình Hình .19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết
hợp với motor phát điện.19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với
motor phát điện.19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát
điện.19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện.19
Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện.19 Dòng năng
lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện
 Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo: Chế độ này động cơ
được thay bằng motor / máy phát điện. Dòng năng lượng được thể hiện trong hình sau
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập
kết hợp với motor phát điện.19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với
36
lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện.20 Dòng năng lượng ở chế
độ Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo
 Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor phát điện:Chế độ này động
cơ được thay bằng motor / máy phát điện. Chế độ này có thể không bao giờ được sử dụng vì
nó sẽ tạo thành vòng tròn năng lượng, motor / máy phát điện hoạt động nhờ PPS và cuối
cùng đến PPS thông qua motor/ máy phát điện và moto kéo như trong hình sau:
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập
kết hợp với motor phát điện.19 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với
lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện.21 Dòng năng lượng ở chế
độ Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor phát điện
 Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo: Chế độ này sử dụng các chức năng đầy đủ
của khớp nối tốc độ và khớp nối mô-men.
Có hai trạng thái hoạt động của motor / máy phát điện: motor và phát điện như trong
hình 2.31. Các trạng thái hoạt động của motor / máy phát điện trong chế độ quay (Hình
2.31a) có thể được sử dụng tại tốc độ xe cao. Trong trường hợp này, tốc độ động cơ có thể bị
giới hạn để thấp hơn tốc độ trung bình của nó, tránh tốc độ động cơ quá cao gây ra hiệu quả
hoạt động thấp. Máy phát điện đóng góp tốc độ cho hệ thống truyền động để hỗ trợ tốc độ
xe cao như trong hình 2.31a.
Tương tự, các trạng thái hoạt động trong Hình 2.31b có thể được sử dụng trong trường
hợp tốc độ xe thấp.
37
Hình Hình Hình Hình .22 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với
motor kéo.22 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo.22
Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo.22 Dòng năng lượng
ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo
Trong trường hợp này, động cơ có thể được vận hành tại tốc độ thấp hơn tốc độ trung
bình của nó để tránh tốc độ quá thấp, hiệu quả hoạt động có thể thấp. Motor / máy phát điện
hấp thụ một phần năng lượng từ động cơ.
 Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện: Động cơ và motor / máy phát điện
hoạt động trong chế độ khớp nối tốc độ. Nhưng motor hoạt động trong chế độ phát điện
được thể hiện như trong hình 2.32.
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp
nối tốc độ kết hợp với motor phát điện.23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ
kết hợp với motor phát điện.23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với
motor phát điện.23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát
điện.23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện.23
Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện.23 Dòng năng
lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện.23 Dòng năng lượng ở chế
38
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình
Hình Hình Hình Hình Hình Hình .23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết
hợp với motor phát điện.23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với
độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor phát điện.23 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp
Hình .26 Mối liên hệ giữa vân tốc moment
39
 Phanh tái sinh: Khi xe đang phanh, motor kéo, motor / máy phát điện, hoặc cả hai có
thể tạo ra mô men phanh và lấy lại một phần năng lượng phanh để sạc PPS. Trong
trường hợp này , động cơ sẽ được ngắt. Dòng năng lượng được thể hiện trong hình 2.33.
Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình .24 Dòng năng lượng ở
chế độ phanh tái sinh.24 Dòng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh.24 Dòng năng lượng
ở chế độ phanh tái sinh.24 Dòng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh.24 Dòng năng
lượng ở chế độ phanh tái sinh.24 Dòng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh.24 Dòng
năng lượng ở chế độ phanh tái sinh.24 Dòng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh.24
Dòng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh.24 Dòng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh.
24 Dòng năng lượng ở chế độ phanh tái sinh
Như đã thảo luận ở trên, có một số chế độ hoạt động có sẵn để sử dụng. Trong thiết kế
chương trình điều khiển, không phải tất cả các chế độ trên đều được sử dụng, mà tùy vào
thiết kế hệ thống truyền động, điều kiện lái xe, đặc điểm vận hành của các thành phần
chính… mà quyết định dùng các chế độ hoạt động nào.
2.2.2 Chiến thuật điều khiển
2.2.2.1 Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển hoạt động nhờ vào bộ điều khiển (VCU). Khi đó, VCU sẽ nhận lệnh
kéo hoặc phanh từ người lái thông qua bàn đạp ga hoặc bàn đạp phanh. Ngoài ra, các thông
tin hoạt động cần thiết khác từ khác cảm biến chẳng hạn như mức sạc (SOC) của ắc quy
(PPS) và tốc độ xe cũng được gởi đến VCU. Dựa trên các thiết lập có sẵn trên VCU và các
thông tin thời gian thực nhận được như trên, VCU sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển để điều khiển
động cơ, động cơ / máy phát điện, động cơ kéo, cũng như bộ ly hợp và các khóa để điều
khiển hệ thống truyền động một cách thích hợp nhất.
40
2.2.2.2 Phương pháp kiểm soát tốc độ động cơ
Dễ thấy rằng, tốc độ động cơ có thể được kiểm soát thông qua việc điều khiển tốc độ
motor/ máy phát (nm/g) ở một tốc độ tại bánh xe chủ động (n dw). Quá trình kiểm soát sẽ được
thực hiện thông qua việc điều khiển góc mở bướm ga và moment xoắn của motor/máy phát.
Hình Hình Hình Hình .25 Đồ thị moment và số vòng quay động cơ.25 Đồ thị moment
và số vòng quay động cơ.25 Đồ thị moment và số vòng quay động cơ.25 Đồ thị moment
và số vòng quay động cơ
Theo như hình, giả sử động cơ đang hoạt động tại điểm a với tốc độ n e,a, moment xoắn
Te,1 với góc mở bướm ga 60%. Lúc này motor/máy phát sẽ tạo moment xoắn T m/g,1=Te,1/kys
(trong điều kiện bỏ qua tổn hao năng lượng) để cân bằng moment xoắn của động cơ. Khi ta
cố định moment của motor/ máy phát, do đó sẽ cố định moment động cơ, ta tăng góc mở
bướm ga sẽ làm tốc độ động cơ tăng lên. Ví dụ như ở điểm b với góc mở bướm ga 70%. Do
vậy, tốc độ động cơ có thể được kiểm soát trong phạm vi tối ưu bằng cách điều khiển bướm
ga hoặc điểm
khiển moment
motor/máy phát.
2.2.2.3 Phương pháp kiểm soát moment
Moment tại bánh xe chủ động là tổng của các moment được truyền từ bánh răng bao của
bộ bánh răng hành tinh và motor kéo được thể hiện qua công thức:
41
Ttdw = irwηrwTr + imwηmwTm
Trong đó: Ttdw là tổng moment tại bánh xe chủ động; T r là moment đầu ra tại bánh răng
bao của bộ bánh răng hành tinh với đầu vào là động cơ và motor, máy phát; i rw, ηrw lần lượt
là tỉ số truyền , hiệu suất truyền từ bánh răng bao đến bánh xe chủ động; T m là moment của
motor kéo, imw, ηmw lần lượt là tỉ số truyền và hiệu suất truyền từ motor kéo đến bánh xe chủ
động.
Tổng moment tại bánh xe chủ động (Ttdw) sẽ được điều khiển bởi người lái thông qua
bàn đạp ga và lệnh điều khiển sẽ được đáp ứng bằng moment đầu ra từ bánh răng bao (T r)
và motor kéo (Tm).
Hình dưới đây thể hiện kết quả mô phỏng của một hệ thống truyền động với bướm ga
mở hoàn toàn và moment xoắn motor cực đại ứng với số vòng quay của nó.
Theo mô phỏng, ứng với tốc độ xe thấp thì động cơ sẽ hoạt động với tốc độ không đổi
(chẳng hạn: 1200 vòng/phút) và motor/máy phát sẽ hoạt động với tốc độ dương. Khi tốc độ
xe trung bình, motor/ máy phát sẽ bị khóa với sườn xe, khi đó tốc độ xe sẽ tăng tuyến tính
với tốc độ động cơ. Khi xe ở tốc độ cao, động cơ một lần nữa hoạt động ở tốc độ không đổi
(chẳng hạn: 3500 vòng/phút), motor/máy phát lúc này sẽ hoạt động ở tốc độ âm (quay
ngược hướng với động cơ).
Tương tự như kiểu truyền động nối tiếp và song song, moment xoắn cực đại trên xe lai
kiểu hỗn hợp sẽ tương ứng với vị trí bàn đạp ga lớn nhất, góc mở bướm ga lớn nhất, công
suất motor kéo lớn nhất. Mặt khác, khi xe chỉ yêu cầu một phần tải thì cả động cơ và motor
kéo đều phải giảm moment của chúng để đáp ứng được moment kéo yêu cầu. Vì thế, một
chiến lược kiểm soát moment là cần thiết để phân bố đúng tải trọng công suất yêu cầu, tránh
tổn hao năng lượng k cần thiết.
42
Hình .26 Mối liên hệ giữa vân tốc moment
2.2.2.4 Chiến lược điều
khiển hệ thống
truyền động
Trên xe lai kiểu hỗn hợp, tốc độ động cơ và mô men xoắn có thể được tách riêng hoàn
toàn khi truyền đến bánh xe thông qua khớp nối tốc độ và khớp nối mômen.Vì thế kiểu hệ
43
thống truyền động này mang tính tính linh hoạt hơn hệ thống truyền động song song trong
việc lựa chọn các chế độ hoạt động. Do vậy, hệ thống truyền động trên sẽ mang tính tiềm
năng hơn trong việc cải thiện hiệu quả hoạt động với một hiệu suất cao. Tuy nhiên, công
việc đó sẽ phụ thuộc rất nhiều vào sự điều khiển hệ thống. Sẽ có nhiều chiến lược kiểm soát
do có nhiều chế độ hoạt động. Tuy vậy, các mục tiêu kiểm soát cũng giống như trong hệ
thống truyền động nối tiếp và song song, đó là phải mang tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô
nhiễm môi trường, phải đáp ứng được yêu cầu moment từ người lái (Kéo và phanh) và
(luôn luôn duy trì SOC của PPS ở mức hợp lý, ví dụ, khoảng 70% và không bao giờ thấp
hơn 30%).
2.2.2.5 Chiến lược kiểm soát tốc độ động cơ
Tốc độ xe sẽ được chia thành 3 vùng tốc độ: thấp, trung bình, cao. Ngăn cách giữa vùng
thấp và trung bình là giá trị VL, VH sẽ ngăn cách vùng tốc độ trung bình và cao.
Khi xe có tốc độ thấp hơn giá trị V L thì chế độ ghép nối tốc độ sẽ được sử dụng để tránh
tốc độ động cơ quá thấp. Giá tri VL được xác định bởi tốc độ động cơ thấp nhất cho phép khi
tốc độ motor/máy phát bằng 0
Trong đó, ne-min là tối độ thấp nhất cho phép của động cơ (vòng/phút), r w là bán kính bánh
xe (m).
Lúc này tốc độ của motor/máy phát được tính bằng công thức:
Với V là tốc độ xe (V ≤ VL)

Khi xe chạy với tốc độ lớn hơn VL nhưng nhỏ hơn giá trị VH, lúc này motor/máy phát sẽ
không hoạt động ( bánh răng mặt trời của bộ bánh răng hành tinh sẽ bị khóa vào sườn xe).
Hệ thống truyền động sẽ hoạt động với khớp nối moment, tốc độ động cơ sẽ tỉ lệ với tốc độ
xe. Giá trị VH được tính bằng công thức:
44
Trong đó ne-max là tốc độ tối đa cho phép của động cơ. Ở chế độ này, toàn bộ công suất
của động cơ sẽ được truyền đến banh xe.
Khi xe có tốc độ cao hơn VH, để giữ tốc độ động cơ không vượt qua tốc độ tối đa cho phép
ne-max thì motor/máy phát sẽ hoạt động theo hướng ngược lại với tốc độ động cơ và được thể
hiện bằng công thức :
Với V ≥ VH
2.2.2.6 Chiến lược kiểm soát moment kéo
Hình Hình Hình Hình .27 Phương pháp kiểm soát moment.27 Phương pháp kiểm soát
moment.27 Phương pháp kiểm soát moment.27 Phương pháp kiểm soát moment
2.2.2.6.1 Ở vùng tốc độ xe thấp:
45
Như đã đề cập ở trên, khi tốc độ xe thấp hơn VL, động cơ vận hành ở một tốc độ định
trước ne-min. Khi đó động cơ có hiệu quả sử dụng nhiên liệu tối đa ở tốc độ này. Bướm ga
động cơ nằm gần điểm mở lớn nhất.
Điểm A biểu diễn môment kéo yêu cầu được điều khiển bởi người lái xe, lớn hơn mô-
men xoắn mà động cơ có thể tạo ra với bướm ga động cơ tối ưu. Trong trường hợp này,
động cơ một mình không thể đáp ứng moment yêu cầu này, và cần sự trợ giúp của motor và
động cơ nên được kiểm soát với góc mở bướm ga tối ưu như thể hiện bởi điểm B. Tuy
nhiên, môment xoắn mà motor kéo có thể tạo ra cũng phụ thuộc vào mức năng lượng của
PPS. Khi SOC của PPS là thấp hơn một giá trị quy định SOCL (ví dụ 30%), PPS không
cung cấp năng lượng nữa. Trong trường hợp này, sức mạnh tối đa của motor kéo Là công
suất phát ra từ motor / máy phát , lúc này bộ bánh răng hành tinh, motor/ máy phát điện và
motor kéo hoạt động với nhau như một EVT, bởi vì không có năng lượng đi vào hoặc đi ra
của PPS.
Khi SOC cao hơn SOCL, có nghĩa là, PPS đã đủ năng lượng để hỗ trợ motor kéo, lúc
này motor kéo sẽ được điều khiển để tạo ra mô-men xoắn T tm, để đáp ứng được lệnh Mô-
men kéo từ người lái tại điểm A. Khi yêu cầu moment T t-com, nhỏ hơn mô-men xoắn của
động cơ được tạo ra với góc mở bướm ga tối ưu như được chỉ ra bởi điểm B lúc này sẽ có
một vài lựa chọn trong việc điều khiển động cơ và motor kéo:
(1) Với các SOC của PPS thấp hơn SOCL, động cơ có thể được vận hành với tốc độ ne-
min và tăng bướm ga tối ưu (điểm B). PPS được sạc bởi motor / máy phát điện với công
suất Pm / g
(2) Với SOC của PPS nằm giữa SOCL và SOCH (SOCL <SOC <SOCH), động cơ và
motor / máy phát điện có thể được điều khiển để động cơ hoạt động với tốc độ của ne-min
và tạo ra moment đáp ứng được moment yêu cầu . motor kéo sẽ chạy không tải (hoặc không
hoạt động). PPS chỉ sạc bởi motor / máy phát điện.
46
(3) Với SOC của PPS cao hơn SOCH, động cơ được đóng lại và motor kéo sẽ làm việc
một mình để sinh môment đáp ứng moment kéo cần thiết.
2.2.2.6.2 Ở vùng tốc độ xe trung bình
Khi xe có tốc độ cao hơn VL nhưng thấp hơn VH thì lúc này chỉ có khớp nối moment
(theo kiểu xe lai song song) được sử dụng, có nghĩa là khóa bánh răng mặt trời của bộ bánh
răng hành tinh (trục của motor / máy phát điện) vào khung xe cố định.Trong chế độ này, tốc
độ motor là tỷ lệ thuận với tốc độ xe. Động cơ và chiến lược kiểm soát motor kéo, dựa trên
mô men kéo được chỉ định và SOC của PPS, hoàn toàn giống với xe lai kiểu song song.
2.2.2.6.3 Ở vùng tốc độ xe cao
Khi xe có tốc độ cao hơn VH tốc độ động cơ được điều khiển ở tốc độ cực đại ne-max.
Trong trường hợp này, motor / máy phát điện hoạt động ở chế độ kéo , lấy năng lượng từ
PPS và đưa nó vào hệ thống truyền động. Mômen xoắn của động cơ và motor kéo được
kiểm soát dựa trên moment xoắn yêu cầu và mức năng lượng của PPS. Khi moment xoắn
yêu cầu Tt-com lớn hơn moment xoắn mà động cơ có thể tạo ra với bướm ga tối ưu của nó tại
tốc độ ne-max, và SOC của PPS thấp hơn SOCL, nghĩa là, các PPS không thể cung cấp
năng lượng để hỗ trợ vận hành motor/ máy phát điện và motor kéo, động cơ bị buộc phải
vận hành với tốc độ cao hơn tốc độ quy định, ne-max, để tạo ra công suất lớn hơn.Trong
trường hợp này, có hai lựa chọn: một là sử dụng chế độ động cơ đơn với chỉ có khớp nối
moment giống như trong phạm vi tốc độ xe trung bình. Hai là điều khiển động cơ hoạt động
với tốc độ cao hơn tốc độ tương ứng của xe trong chế độ khớp nối tốc độ và moment. Với:
Bằng cách này, motor /Máy phát điện có thể được vận hành ở chế độ sạc để tạo ra năng
lượng nạp cho động cơ kéo tạo ra moment bổ sung. Chế độ hoạt động này là chế độ EVT
như đã nói ở trên. Nếu SOC của PPS ở mức trung bình và cao, nghĩa là SOC>SOCL, động
cơ được điều khiển ở tốc độ quy định ne-max, với góc mở bướm ga tối ưu. Motor kéo tạo ra
47
moment cùng với moment động cơ để đáp ứng moment kéo yêu cầu .Trong trường hợp
moment kéo yêu cầu nhỏ hơn momen của động cơ và SOC của PPS nằm dưới SOCL, động
cơ sẽ được hoạt động và motor kéo cũng hoạt động để sạc PPS. Nếu SOC trong mức (SOCL
<SOC <SOCH), motor kéo có thể không hoạt động, chỉ có động cơ hoạt động độc lập. Nếu
SOC của PPS là ở mức cao (SOC> SOCH), động cơ sẽ đóng và motor kéo độc lập.
2.2.2.7 Điều khiển phanh tái sinh
Tương tự như kiểu truyền động song song, khi lực phanh yêu cầu moment lớn hơn
moment cực đại mà motor có thể tạo ra trong quá trình hoạt động thì cả phanh tái sinh tạo
bởi motor kéo và phanh cơ khí được áp dụng. Nếu không, chỉ sử dụng phanh tái sinh
48
CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ
3.1 KHÁI NIỆM VỀ LOGIC MỜ
3.1.1 Toolbox matlab
Logic mờ để xử lý các vấn đề phức tạp trong matlab cho phép sử dụng các công cụ
giao diện để mô phỏng mô tả bài toán dưới dạng hình ảnh và đồ thị. Bộ điều khiển công cụ
Logic mờ không giới hạn số lượng đầu vào. Tuy nhiên, số lượng đầu vào có thể bị giới hạn
bởi bộ nhớ của máy tính. Nếu số lượng đầu vào quá lớn, thì cũng có thể khó phân tích FIS
bằng các công cụ khác.
Trình chỉnh sửa tín hiệu đầu vào dùng để thiết lập các dạng của các tín hiệu đầu vào
liên kết với mỗi biến. Trình soạn thảo quy luật để tạo các quy tắc xác định hành vi của hệ
thống. Trình xem quy luật để thể hiện kết quả bằng biểu đồ suy luận mờ. Ví dụ:luật nào đang
hoạt động hoặc cách hình dạng chức năng hàm riêng lẻ ảnh hưởng đến kết quả. Để xem sự
phụ thuộc của một trong các đầu ra trên bất kỳ một hoặc hai đầu vào nào - tức là nó tạo và
vẽ sơ đồ bề mặt đầu ra cho hệ thống.
Hình 3.1 Giao diện Fuzzy logic

3.1.2 Quy trình thiết lập hệ điều khiển bằng logic mờ
Thiết lập một chương trình fuzzy từ một fuzzy đã lưu, chương trình bên trên có 3 cụm
thông tin của bộ điều khiển logic mờ:
a. Đầu vào (membership function)
- Thiết lập tín hiệu đầu vào có hai phương pháp:
+ Phương pháp and (min)
+ Phương phương or (max)
49
b. Luật điều khiển (rules)
- Chúng ta cần quan tâm số tín hiệu đầu vào
- Số luật điều khiển
- Số membership function
=> Từ đó ta suy ra trọng số luật.
c. Kết quả (results)
- Kết quả phụ thuộc vào quy luật chúng ta điều khiển cũng như là membership
function.
3.2 LOGIC MỜ
3.2.1 Đầu vào
Hình 3.2 Đầu vào
Trong đây ta sẽ thiết lập những khoảng và thông số theo thực tế thông qua: tốc độ
(speed), moment (torque) và lượng nạp (SOC), tốc độ động cơ (n), moment động cơ (torque
E). Chia nhỏ nhiều khoảng để làm cho kết quả đưa ra mượt và chi tiết hơn, cũng dễ nhận xét
kết quả giúp người nghiên cứu dễ chọn được thông số tối ưu.
Kết quả của phương thức điều khiển được thông số đầu vào, thay đổi rất nhiều để tìm
được một kết quả tối ưu, điểm mạnh ở mô phỏng fuzzy này là thông số kết quả đầu ra sẽ êm
diệu, chúng ta có thể chọn được những khoảng nào tối ưu, những khoảng nào động cơ cần
đến, những khoảng nào hạn chế cho xe ít sử dụng từ đó sẽ tiết kiệm được những chi phí về
nhiên liệu cũng như sẽ cải thiện một phần nào vận hành của xe giúp người điều khiển cảm
thấy tận dụng tối đa một chiếc xe của họ.
50
Xét về các phần thay đổi trong giao diện membership function:
- Tốc độ (speed): Chế độ được chọn bao gồm : Zero, Low Low, Low, Mid, High,
High High.
- Moment (moment): Zero, Low Low, Low, Mid, High, High High.
- SOC (trạng thái sạc): Low Low, Low, Mid, High, High High.
- Ne (tốc độ động cơ): Zero, Low Low, Low, Mid, High, High High.
- Torque engine (moment động cơ): Zero, Low Low, Low, Mid, High, High High.
Lý do chúng ta chọn membership function theo dạng tam giác là vì, đây là hàm toán học
đơn giản nhất để điều khiển trong kỹ thuật so với các dạng điều khiển khác.
3.2.2 Luật điều khiển
Hình 3.3 Luật điều khiển

Trong đây ta sẽ kết nối các cụm thông tin thành một quy luật nhất định, đòi hỏi các
luật phải rõ ràng và thực tế với kết quả cần đạt. Chúng ta có thể xóa, thêm hoặc thay thế các
luật này theo ý muốn. Liên kết của các luật có thể or hay and tùy thuộc vào phương thức
điều khiển của người điều khiển. Các luật này sẽ nhận thông tin từ các membership function
và xuất ra kết quả.
51
3.2.3 Kết quả
Hình 3.4 Kết quả

Kết quả sẽ được biểu thị qua mức độ hoặc được biểu thị qua chỉ thị của biểu đồ tùy
thuộc vào người nghiên cứu.
3.3 KẾT NỐI LOGIC MỜ VỚI SIMULINK
Hình 3.5 Giao diện kết nối Fuzzy logic với simulink
52
Việc kết nối được dựa trên việc sử dụng block trong simulink kế nối và xuất đầu ra
kết quả hợp lí, đồng thời, lưu ý:
Có hai cách kết nối giữa logic mờ và simlink:
Cách 1:
- Chọn bộ điều khiển logic mờ trong công cụ simulink
- Chọn bộ điều khiển logic mờ với bộ điều khiển rule based
53
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG XE LAI KIỂU HỖN
HỢP BẰNG MATLAB/SIMULINK
4.1 THÔNG SỐ XE MÔ PHỎNG
Động cơ (1NZ-FXE) 1.5L Công suất cực đại 57kW tại 5000 vòng/phút
Mô men xoắn cực đại 115N.m tại 4200 vòng/phút
Motor (MG2) Công suất cực đại 50 kW tại 1200-1540
vòng/phút
Mô men xoắn cực đại 400N.m tại 0-1540
vòng/phút
Máy phát (MG1) Công suất cực đại 30kW
Mô men xoắn cực đại 160N.m
Tốc độ quay cực đại 10000 vòng/ phút
Ắc quy (Nickel-metal Công suất đầu ra 21kW
hybride)
Bảng 4.7 Bảng thông số xe mô phỏng
4.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
54
Hình 4.2 Tổng quan mô hình trên matlab/simulink
Yêu cầu của mô hình mô phỏng xe hybrid:
- Chúng ta dựa vào yêu cầu của về mô-men và vận tốc của tài xế.
- Trạng thái mức sạc của bình ắc quy cao áp trong khoảng (0.5 - 0.7).
- Sạc nhiều nhất có thể.
- Có gắng chạy động cơ trong khoảng tối ưu.
Mô hình sử dụng những chu trình lái xe tiêu chuẩn của các nước phát triển để đưa vào
khối Driver, qua quá trình tính toán cũng như dựa trên tốc độ xe hiện tại (Vx) sẽ xác định
55
được mô men yêu cầu (mô men kéo-Tcommand, mô men phanh-Tbrake). Từ mô-men và
phanh đi vào khối Hybrid System qua bộ điều khiển để điều khiển sự hoạt động của motor,
động cơ, máy phát.. nhằm cung cấp mô men mong muốn, sau đó tính toán sẽ cho ra lực kéo
chủ động (Fx), lực kéo này là cơ sở để tính toán được vận tốc xe (Vx) sau khi qua khối
Vehicle để phản hồi về khối Driver.
4.2.1 Driver
56
Hình 4.3 Khối Driver
Khối Driver được thiết kế với đầu vào là chu trình lái xe tiêu chuẩn (driver cycle) và vận
tốc xe Vx. Khối sẽ so sánh tốc độ xe yêu cầu và tốc độ xe thực tại sau đó thực hiện thuật
toán PID để xác định nhu cầu tăng tốc hoặc giảm tốc để đáp ứng tốc độ. Với PID được thiết
lập lần lượt là 0.9; 0.01; 0 được thiết lập theo matlab Simulink.
Dữ liệu Driver Cycle sẽ được tải lên bằng file .mat trên matlab.
4.2.2 Hybrid Systems
Hình 4.15 Thành phần của khối Hybrid Systems
Trong khối này sẽ bao gồm 4 bộ phần chính:
57
4.2.2.1 Controller
Hình 4.16 Khối Controller
Khối controller với chức năng điều khiển, phân phối moment yêu cầu thành các moment
đến động cơ, motor, máy phát. Bộ controller dựa trên các tín hiệu đầu vào như trạng thái ắc
quy (SOC), vận tốc xe (Vx), mô men yêu cầu (Tcom, Tbrake).
- Nguyên lý hoạt động của bộ controller dựa trên nguyên tắc cân bằng trạng thái sạc
của ắc quy.
- Chúng ta có thể điều khiển mô hình mô phỏng này bằng 2 phương thức điều
khiển:
+ Rule based control
+ Fuzzy based control
- Thuật toán điều khiển:
58
Trường hợp Vx < VL
59
Trường hợp Vx < VH
v(m/s)
t(s)
60
Trường hợp Vx > VH
%SOC
v(m/s)
t(s)
Hình 4.17 Sơ đồ chiến thuật điều khiển
61
 Nếu Vx thấp và mức SOC lớn hơn mức giới hạn dưới thì yêu cầu công suất sẽ được
cung cấp bởi motor. Ngược lại, với mức SOC bé hơn mức giới hạn dưới thì yêu cầu công
suất sẽ được cung cấp bởi động cơ, mặt khác động cơ sẽ trích một phần năng lượng cung
T(N.m)cấp
cho máy phát nạp vào acquy cao áp nhưng tùy thuộc vào chế độ hoạt động của engine mà
tùy vào thuật toán điều khiển mà có thể chạy động cơ trong khi SOC trung bình hoạt cao.
 Nếu Vx trung bình, công suất yêu cầu bé hơn công suất mà động cơ hoạt động tối ưu
sinh ra với SOC<SOCH thì yêu cầu công suất được đáp ứng bởi động cơ, đồng thời sạc aquy
bằng máy phát, lượng nạp lại SOC cần lưu ý, không nên nạp quá nhiều, hãy giữ mức nạp ở
v(m/s)
mức 0.5 tới 0.7 so với mức nạp là 1 là hợp lý. Có thể sử dụng đồng thời cả động cơ và motor
trong trường hợp yêu cầu moment cao nhưng SOC trung bình.
 Nếu Vx cao, công suất theo yêu cầu bé hơn công suất mà động cơ hoạt động
t(s)
tối ưu
sinh ra với mức sạt thấp thì lúc này động cơ sẽ hoạt động là chủ yếu, mặc khác nếu công suất
động cơ lớn hơn công suất tối ưu sinh ra với mức sạc trung bình thì lúc này chúng ta có thể
điều khiển động cơ và mô tơ để cung cấp lượng mô-men cần thiết. Tong trường hợp mức sạc
cao thì xe chỉ chạy mô tơ và sẽ tắt động cơ.
4.2.2.2 Electrical
Hình 4.18 Khối Electrical
62
Nhiệm vụ của khối electrical là dựa vào các tín hiệu moment đầu vào được phân phối
bởi Controller sẽ tính được công suất tiêu hao của động cơ và công suất nạp cho acquy cao
áp. T(N.m)
4.2.2.3 Engine
Suất tiêu hao nhiên liệu sẽ được tính toán trong khối này với đầu vào là moment được
điều khiển bởi khối controller.
rpm
t(s)
Hình 4.19 Khối Engine

4.2.2.4 Power-Split Device
Chức năng của khối là thực hiện việc phân phối, ghép nối các nguồn công suất lại với
nhau. Tính toán được truyền lực cuối và tốc độ của máy phát.
Hình 4.20 Khối PSD
63
4.2.3 Vehicle
Chức năng của khối là tính toán vận tốc xe dựa trên lực kéo ở bánh xe chủ động theo
T(N.m)
công thức: Ft net = Ft  ( Fw  Fj  Frd ) = M .a
Với :
-Lực cản gió
Fw = 0,5 r . A f .CD .(V mVW ) 2

rpm
-Lực cản lăn và lực cản dốc: Frd = Ff + Fi Frd = f r .M .g .cos q  M .g .sin q
dV
-Lực cản quán tính: F j = m. .d i
dt
t(s)
Với :
�: mật độ không khí : lực kéo có ích
: diện tích cản gió : lực cản gió
: hệ số cản gió VW: vận tốc gió
: lực quán tính i : hệ số quán tính
: tổng lực cản lăn và lực cản dốc M: khối lượng xe
: lực kéo từ bánh xe chủ động độ dốc
g: gia tốc trọng trường
64
Hình 4.21 Khối Vehicle
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

5.1 Vận tốc
v(m/s)
t(s)
Hình 5.1 Vận tốc mô phỏng
 Đường màu đen: biểu diễn vận tốc xe mong muốn ở chu trình ICE_R15 (m/s)
 Đường màu đỏ: biểu diễn vận tốc xe đạt được (m/s) do mô phỏng.
Cả hai đường màu đen và màu đỏ gần như trùng khớp nhau, điều đó chứng tỏ mô hình
đã đáp ứng được vận tốc xe mong muốn một cách chính xác. Cho thấy được bộ điều khiển
đã hoạt động hiệu quả.
5.2 Trạng thái sạc PPS (SOC)
Khi xe bắt đầu hoạt động trong khoảng thời gian từ 0-100s, vận tốc xe Vx < VL (m/s).
Lúc này, chỉ có motor hoạt động cung cấp công suất kéo, nên lượng SOC giảm và chỉ tăng
khi xe giảm tốc và phanh nhưng tăng tương đối ít. Khi Vx > VL (m/s), do có sự hoạt động
65
luân phiên của động cơ kéo máy phát, góp phần nạp vào PPS, làm cho SOC tăng dần đến
giới hạn trên (SOCH=0.55).
Mức SOC được điều khiển luôn nằm trong giới hạn cho phép (0.49<SOC<0.55)
%SOC
v(m/s)
t(s)
Hình 5.2 Kết quả mô phỏng SOC
5.3 Mô men xoắn và tốc độ motor (MG2)
66

Đồ Án Mô Phỏng Động Cơ Xe Hybrid

Uploaded by

Document Information

Copyright

Available Formats

Share this document

Share or Embed Document

Sharing Options

Did you find this document useful?

Is this content inappropriate?

Copyright:

Available Formats

Đồ Án Mô Phỏng Động Cơ Xe Hybrid

Uploaded by

Copyright:

Available Formats

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG

GVHD: ThS. HUỲNH QUỐC VIỆT

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2019

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG

GVHD: ThS. HUỲNH QUỐC VIỆT

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2019

TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 1 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: 1. NGUYỄN NHỨT KHANG MSSV: 15145077

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Mã ngành đào tạo: 7510205C

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.2 Nội dung đồ án:

2.3.Kết quả đạt được:

2.4. Những tồn tại (nếu có):

TP.HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2019

Giảng viên hướng dẫn

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2017

Nhóm Sinh Viên Thực Hiện

Trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN......................................................................................................63

Ký Hiệu Chữ viết tắt

1.1.1 Đặt vấn đề

1.2 TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID

1.2.1 Giới thiệu chung và nguyên nhân ra đời xe Hybrid

1.2.2 Ôtô Hybrid là gì?

1.2.3 Nguyên lý hoạt động Ôtô Hybrid

Tổ hợp động cơ Hybrid có những ưu điểm sau:

1.2.5 Phương pháp truyền động

1.2.5.1 Tổ hợp ghép nối tiếp

1.2.5.3 Hệ thống Hybrid hỗn hợp

Hình Hình Hình Hình Hình .5 Xe Toyota Prius 2010.5 Xe

1.2.5.4 Tỷ lệ sử dụng động cơ và mô-tơ điện trong mỗi hệ thống

1.2.6 Các bộ phận chính của ôtô Hybrid

1.2.7 Tính kinh tế của xe Hybrid.

 ECU điều khiển trượt, điều khiển phanh tái sinh.

2.1.1 Động cơ 1NZ-FXE

Loại động cơ 1NZ-FXE

Số lượng xi lanh và cách bố trí 4-xi lanh, thẳng hàng

Hệ thống nhiên liệu SFI

57kW tại 5000 v/p

Tuần hoàn khí thải bay hơi AT-PZEV, ORVR

2.1.2 Hộp số Hybrid

Loại hộp số P111 đời Prius 2010

ATF T-IV hoặc

Loại động cơ Động cơ nam châm vĩnh cữu

Chức năng Máy phát; máy khởi động

Điện áp cực đại (V) AC 273.6

Mômen cực đại N.m(Kgf.m)/ 400(35.7)/0-400

Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước

Hình Hình Hình Hình Hình Hình

bao. Và kys = 1+ig ; kyr =

Thành phần Tốc độ Moment

Bánh răng bao

Hình Ty = -kysTs = -kyrTr .14 Các cách bố trí sơ

Tốc độ xe Công suất Tốc độ quay Tốc độ quay

2.1.5 Bộ chuyển đổi DC-DC:

2.1.7 Nguồn cao áp

2.1.7.4 ECU ắc qui