BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC - ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MƠ PHỎNG CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BỘ PHÂN PHỐI S K C 0 9 MÃ SỐ: T2010 - 27 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH _ oo0oo _ KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Thuyết minh đề tài NCKH cấp trường TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC-ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MÔ PHỎNG CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BỘ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT TRÊN XE LAI MÃ SỐ: T 2010 – 27 CHỦ TRÌ: Th.S NGUYỄN VĂN TRẠNG Tháng 08 - 2010 Tháng 12/2005 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai LỜI NÓI ĐẦU Hiện nước ta có hiệp hội sản xuất xe gọi tắt VAMA gồm nhiều cơng ty có cơng ty lớn Toyota, Ford, Honda, GM, Mercedes benz, Isuzu…Các cơng ty làm ăn phát đạt, đơn cử Toyota ln dẫn đầu thị trường số lượng xe bán Bên cạnh đó, xuất doanh nghiệp người Việt Nam ngày khẳng định tên tuổi thị trường tơ Trường Hải, Samco…Đây dấu hiệu cho thấy khởi sắc thị trường tơ Việt Nam Cùng với sách ủng hộ Nhà Nước, nhiều chun gia dự đốn thị trường tơ Việt Nam tiếp tục tăng trưởng cao nhiều năm tới, cơng nghiệp tơ Việt Nam có điều kiện tiến xa Tuy nhiên kéo theo phát triển lo ngại sở hạ tầng khơng đáp ứng kịp, khơng khí nhiễm (do nước ta chưa áp dụng tiêu chuẩn khí thải cao mà áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 2) Đại đa số xe thị trường nước ta khơng lắp xử lí khí thải làm tăng giá thành xe, bên cạnh ta nhập xe cũ từ nước ngồi nên chất lượng xe khơng đạt tiêu chuẩn khí thải Hiện nay, xu hướng sử dụng xe tiết kiệm nhiên liệu khơng gây nhiễm mơi trường thịnh hành nhiều nước phát triển Chính từ nhu cầu lớn đó, mà hãng giới có chương trình nghiên cứu riêng, hãng Toyota thành cơng với dự án G21, từ dự án hãng trình làng xe lai tiếng Toyota Prius Hiện nay, nhu cầu sử dụng xe lai cao hứa hẹn vài năm tới thay dần dòng xe truyền thống Tại Việt Nam xe lai khái niệm mới, hệ thống truyền động xe lai phận quan trọng định tới hiệu suất xe Chính vậy, đề tài “TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC-ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MƠ PHỎNG CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BỘ PHÂN PHỐI CƠNG SUẤT TRÊN XE LAI” bắt nguồn từ nhu cầu thực tế để giúp cho người có khái niệm nhìn tồn diện dòng xe lai từ có tính tốn thích hợp theo u cầu Đề tài sâu vào phân tích động học, động lực học mơ chế độ làm việc khác phân phối cơng suất hệ thống tryuyền động xe lai Đề tài nguồn tài liệu tham khảo có giá trị cho đối tượng học tập, làm việc nghiên cứu lĩnh lực tơ nói chung cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh nói riêng TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2010 Chủ nhiệm đề tài ThS Nguyễn Văn Trạng Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai MỤC LỤC Trang LỜI NĨI ĐẦU PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ I Đối tượng nghiên cứu II Tình hình nghiên cứu ngồi nước III Những vấn đề tồn PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I Mục đích đề tài II Phương pháp nghiên cứu III Nội dung III.1 Giới thiệu phận xe lai III.2 Các hệ thống truyền động xe lai 15 III.3 Tính tốn động học mơ chế độ làm việc phân phối cơng suất (Power Split Device) 27 IV Kết nghiên cứu 50 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51 I Kết luận 51 II Đề nghị 51 III Hướng phát triển đề tài .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ I ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Các chun gia kinh tế cho thị trường tơ tiềm kỉ 21 chuyển dịch từ nước Đơng Âu Châu Mỹ La Tinh sang nước Đơng Nam Á, Trung Á, cuối Châu Phi Theo dự báo số lượng tơ Châu Á Thái Bình Dương tăng từ 0,7 chiếc/1.000 dân năm 1985 lên 10 chiếc/1.000 dân vào năm 2020 lên 20 /1.000 dân vào năm 2060 Sự gia tăng mật độ tơ dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải q tải sở hạ tầng nhiễm mơi trường Xe lai có nhiều ưu điểm so với xe truyền thống Thứ nhất, khả tích lũy lượng tạm thời ắc-quy để sử dụng nhu cầu điện lớn Động đốt sử dụng hiệu chế độ tải cao góp phần làm cho việc sử dụng nhiên liệu tốt Một đặc điểm quan khác động đốt kết hợp với nguồn lượng khác, sử dụng động đốt có kích thước cơng suất nhỏ đảm bảo cơng suất xe, từ giảm bớt tiêu thụ nhiên liệu thải khí thải Động đốt ln hoạt động chế độ tải số vòng quay tối ưu động đốt đạt hiệu suất cao, đồng thời tiêu thụ nhiên liệu Thêm vào với cơng nghệ phục hồi lực phanh, giúp cho xe lai nâng cao hiệu suất hoạt động Khi phanh động điện có chức máy phát giúp cho xe giảm tốc độ động thời biến đổi lượng nhiệt bị mát xảy ma sát má phanh trống phanh thành điện tích lũy cho ắc-quy điện áp cao Động đốt xe lai khơng phải lúc làm việc, khơng cần thiết ngừng hoạt động tiết kiệm nhiên liệu Từ lý nên việc nghiên cứu, tiềm hiểu hệ thống truyền động tiến xa chế tạo xe lai phù hợp với điều kiện Việt Nam việc làm cần thiết đối tượng nghiên cứu chủ yếu đề tài II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC Ngay nay, cơng nghệ chế tạo tơ phát triển nhanh, ngày hồn thiện theo hướng sau: ● Hồn thiện hệ thống điều khiển, nâng cao tốc độ xử lí trang bị thêm tiện nghi xe ● Nâng cao hiệu suất xe giảm chất thải gây nhiễm mơi trường ● Sử dụng nguồn lượng tơ thay cho nguồn lượng hóa thạch Hiện có nhiều hãng tơ lớn giới sâu vào nghiên cứu phát triển dòng xe khơng gây nhiễm mơi trường, hiệu suất cao Trong có “xe lai” mà tiên phong hãng Toyota, Honda…Sự đời tơ lai xem bước tiến vuợt bậc mở kỷ ngun cho ngành cơng nghiệp tơ kỉ 21 Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Xu hướng phát triển tơ giới HSD: Hybrid Synergy Drive – Dẫn động trợ lực lai FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle – Xe lai dùng pin nhiên liệu HV: Hybrid Vehicle – Xe lai THS: Toyota Hybrid System – Hệ thống lai Toyota DPNR: Diesel Particulate NOX Reduction – Giảm NOx muội than động Diesel D-4: Direct Injection stroke – Động kỳ phun trực tiếp Lean Burn: Động đốt nghèo DPR: Diesel Particulate active Reduction System – Hệ thống giảm thiểu muội than động Diesel EV: Electric Vehicle – Xe điện CNG: Compressed Natural Gas – Khí thiên nhiên hóa lỏng VVT-i: Variable Valve Timing with intelligence – Hệ thống đóng mở xú-páp thơng minh Theo hình ta thấy tơ phân làm bốn dạng: động xăng, động Diesel, động điện động sử dụng lượng thay Trong đó, động xăng động dầu có nguồn gốc lâu đời, ngày cải tiến nhiều mặt cơng nghệ chế tạo lẫn tính nên hiệu suất hoạt động nâng lên cao Nhưng q phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, nên phát triển bị hạn chế nhường chỗ cho phương tiện Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Động điện động ga nhiều hạn chế cơng nghệ triển vọng để phát triển lớn Hiện xe lai xem loại tốt có kết hợp ưu điểm bật động đốt động điện Với khả tiết kiệm nhiên liệu gây nhiễm mơi trường ln nằm chiến lược hỗ trợ phủ (như Mỹ, Thụy Điển, Đức) Với hỗ trợ từ phủ sách phát triển dòng xe lai hãng xe giới, theo chun gia dự đốn kỉ 21 kỷ ngun dòng xe lai Tuy nhiên với khủng hoảng kinh tế, giá nhiên liệu biến động khơng ngừng xe có cơng suất lớn, tiêu tốn nhiều nhiên liệu khơng phù hợp với điều kiện nước ta Do đó, dòng xe lai với khả tiết kiệm nhiên liệu, nhiễm mơi trường lựa chọn thích hợp với người dân giá thành ngang với xe Innova hiệu lại cao Tuy việc nghiên cứu ứng dụng xe lai Việt Nam chưa có kết khả thi thời gian gần Tp Hồ Chí Minh xuất vài xe lai với nhãn hiệu Lesux RX400h, giá nhập vào Việt Nam khơng đắt so với Camry 3.5Q Điều hứa hẹn xe lai có sở để tiếp tục lựa chọn người dân Việt Nam III NHỮNG VẤN ĐỀ CỊN TỒN TẠI Sự phát triển ngành giao thơng vận tải cơng nghiệp chế tạo tơ nước theo hướng giảm nhẹ tác động đến hai vấn đề kinh tế -xã hội đời sống Giảm tải cho sở hạ tầng Giải vấn đề liên quan đến cơng tác quy hoạch thị nâng cấp hệ thống giao thơng, mở rộng đường, thiết kế nút giao thơng, xây dựng bãi đậu xe, mặt khác cần lựa chọn kích cỡ tơ phù hợp Ở ta bàn đến kích cỡ tơ Trong vài năm gần kích cỡ kiểu dáng tơ thay đổi đáng kể, người ta chọn tơ nhỏ gọn nhẹ, chiếm diện tích gara chịu thuế thấp Chính loại xe nhỏ gọn Peugeot 205, Ford KA … bán chạy Trên thị trường Châu Á nhà sản xuất tơ quan tâm việc chế tạo dòng xe nhỏ Matiz GM ví dụ điển hình Trong điều kiện sở hạ tầng nước ta chưa phát triển kịp với tốc độ dân số phương tiện lưu thơng tơ nhỏ lựa chọn hợp lý Giảm nhiễm mơi trường - xu hướng tơ Dân số giới ngày tăng nhu cầu muốn sở hữu tơ riêng ngày nhiều Chính điều dẫn đến vấn đề đáng lo ngại nhiễm mơi trường, hiệu ứng nhà kính leo thang giá nhiên liệu Cụ thể: Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai  Khơng khí bị nhiễm ấm dần lên trái đất Sự ấm lên trái đất xem mối nguy hiểm lớn đe dọa đến giới Ngun nhân gây thay đổi khí hậu từ chất khí độc thuộc nhóm “khí nhà kính”, khí gây nên nóng lên trái đất Carbon Dioxide (CO2) Việc sử dụng nguồn nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch than, dầu mỏ hay gaz thải mơi trường lượng lớn khí CO điều gây hiệu ứn nhà kính Kéo theo ấm lên trái đất, thời tiết khí hậu diễn biến ngày phức tạp, thường xun xuất bão nhiệt đới, hạn hán, lũ lụt ngày trầm trọng Sự thay đổi khí hậu ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người, số người mắc bệnh ung thư ngày nhiều Ngày bệnh lạ xuất nhiều hơn, đe dọa sức khoẻ tính mạng người Một ngun nhân gây điều bắt nguồn từ lượng khí thải động đốt xe Chỉ riêng Châu Âu lượng khí CO2 mà xe thải chiếm 15% tổng số khí gây hiệu ứng nhà kính (theo Eurostat 2004), Mỹ lượng khí CO2 xe thải chiếm 1/3 lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (theo Cheon 2003)  Sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu khơng thể tái sinh Nền kinh kinh tế ngày nay, ngành cơng nghiệp phụ thuộc q nhiều vào nguồn nhiên liệu khơng tái sinh Hiện nay, phụ thuộc hồn tồn vào nguồn nhiên liệu hóa thạch chủ yếu ngành cơng nghiệp điện, ngành giao thơng vận tải cơng nghiệp sản xuất Vấn đề nguồn nhiên liệu có giới hạn cách để trì cung cấp người phải tìm nhiều mỏ dầu khác Chính từ nhu cầu thiết đòi hỏi phủ nước khơng có lựa chọn khác phải hạn chế phụ thuộc q nhiều vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, chủ yếu dầu mỏ u cầu tiên đặt phải tìm nguồn lượng thay bước nguồn nhiên liệu hố thạch  Tạo phương tiện vận tải thân thiện với mơi trường Chính từ ngun nhân gây ấm lên trái đất, giá nhiên liệu leo thang quy định nghiêm ngặt khí thải nước xe hơi, cơng ty sản xuất tơ lâm vào tình trạng khủng hoảng việc kinh doanh Để vượt qua thời kì khó khăn buộc cơng ty phải nghiên cứu chế tạo dòng xe thỏa mãn hai tiêu chí: ● Giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hố thạch ● Giảm thiểu khí gây hiệu ứng nhà kính ảnh hưởng đến sức khỏe người Từ có nhiều ý tưởng khái niệm hình thành nhằm đáp ứng u cầu Ta biết xe dùng nhiên liệu hóa thạch q trình dẫn động nguồn đóng góp lớn việc gây nhiễm mơi trường, đồng thời nguồn tiêu thụ nhiều nhiên nhiều Chính tơ khơng gây nhiễm mơi trường (zero emission) mục tiêu hướng tới nhà nghiên cứu chế tạo tơ Có nhiều giải pháp cơng bố năm gần sử dụng loại nhiên liệu khơng truyền thống cho tơ khí hố lỏng LPG, khí thiên nhiên, điện, pin nhiên liệu, lượng mặt trời, tơ lai (hybrid) Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Trong giai đoạn này, nói cách giải tối ưu sử dụng xe lai điện (Hybrid Electric Vehicle - HEV) dòng tơ dùng nhiều nguồn lượng theo cơng thức: Động đốt + động điện = dòng xe lai HV (Hybrid Vehicle) Nhưng lại khơng dùng xe điện túy (Electric Vehicle - EV) Đây có lẽ loại tơ khơng có khí thải tiếc thay xu hướng phát triển lại khơng có triển vọng nhiều trở ngại hạn chế hành trình, ắcquy ngày dung lượng chưa đủ lớn để thỏa mãn hành trình dài mà khơng cần nạp lại thời gian tái nạp lâu Sự đời xe lai nhằm khắc phục hạn chế hành trình xe điện đồng thời chứng minh khả tuyệt vời việc tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu khí thải gây hiệu ứng nhà kính Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Giảm nhiễm mơi trường khí thải động tơ phát ra, giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hố thạch, nâng cao cơng suất hiệu suất xe Đây mơt loạt vấn đề đặt cho nhà khoa học mà khơng có đáp số cuối Tiếp tục nghiên cứu, cải tiến, hồn thiện việc làm trước mắt tương lai ngành cơng nghiệp tơ Trong điều kiện Việt Nam, để theo kịp với xu hướng giới Nhà nước phải có sách hợp lý, nhà chun mơn phải có nghiên cứu hiệu chung tay phát triển ngành giao thơng nước nhà theo hướng kinh tế thân thiện với mơi trường Đề tài “TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC-ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MƠ PHỎNG CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BỘ PHÂN PHỐI CƠNG SUẤT TRÊN XE LAI” khơng nằm ngồi mục đích mang tính sở cho bước nghiên cứu II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tham khảo tài liệu thực mơ phỏng:  Tham khảo tài liệu, kết nghiêu cứu phát phát minh, sáng chế lĩnh vực xe lai từ Internet  Tính tốn động học động lực học phân phối cơng suất nhằm đưa quan hệ tỉ số truyền, mơmen, cơng suất hiệu suất truyền động chế độ khác  Biên tập nội dung, viết kịch  Thực mơ chế độ làm việc phân phối cơng suất phần mềm Macromedia Flash  Thiết kế Slide trình chiếu Microsoft Powerpoint có liên kết hình động mơ Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Theo cơng thức (7): mz(F) = mo(Fxy) =  Fxyh Ta có: TC= FC.RC = FC.54= 100% TR= FR.RR = FR.78 =100% Áp dụng cơng thức (8) tỉ số truyền ta có: iSC  Mà: MR MV MR =TS MV= TC  TS= TC iSC = 0,28 100% = 28% Áp dụng cơng thức (8) tỉ số truyền ta có: iSR  Mà: MR MV MR =TS M V = TR  TS = TR iSR = 0,385.100% = 38,5% Như moment từ bánh bao 100% truyền qua bánh mặt trời giảm xuống 38,5% moment từ cần dẫn 100% truyền qua bánh mặt trời giảm xuống 28% 3.3 Khi MG1 MG2 khơng hoạt động, có động đốt hoạt động a) Chế độ chạy cầm chừng (chế độ xảy ắc-quy nạp chưa đầy xe đứng n) Khi bánh bao giữ cố định, động đốt hoạt động quay theo chiều kim đồng hồ, bánh hành tinh quay ngược chiều kim đồng hồ Do bánh hành tinh ăn khớp ngồi với bánh mặt trời nên làm cho bánh mặt trời quay chiều kim đồng hồ ZR ZC ZS R S S C Khi đó: Bánh bao phần tử cố định Bánh mặt trời phần tử bị động Cần dẫn bánh hành tinh phần tử chủ động Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 39 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Áp dụng cơng thức tính tỉ số truyền (cơng thức 6):  R= 0,  S: đầu ra, C: đầu vào Tỉ số truyền: i12  1 Z r2   2 Z1 r1 iSC  ZS 30   0, 28 ZC 108 Giả sử moment từ động đốt truyền đến cần dẫn 100% (bỏ qua ma sát) Áp dụng cơng thức (7): Với: mz(F) = mo(Fxy) =  Fxyh TC = mz(F) FC = Fxy RC = h Ta có: TC = FC.RC = FC.54 = 100% Áp dụng cơng thức (8) tỉ số truyền ta có: iSC  Mà: MR MV MR= TS MV= TC iSC  0, 28  TS = 0,28 TC = 0,28.100% = 28% Như moment từ động đốt truyền đến cần dẫn 100% truyền qua bánh mặt trời 28% b) Chế độ chạy lùi động đốt hoạt động MG2 điều khiển quay ngược chiều kim đồng hồ Khi cần dẫn quay chiều kim đồng hồ bánh hành tinh quay quanh trục ngược chiều kim đồng hồ nên làm bánh mặt trời quay chiều kim đồng hồ (phát điện cung cấp cho ắc-quy HV) Điều làm cho xe di chuyển ngược lại Đây chế độ đặc biệt loại trừ hồn tồn cần thiết số lùi mà tất xe mong muốn ZR ZC ZS S R R Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng S C Trang 40 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Khi đó: Cần dẫn phần tử chủ động Bánh mặt trời bánh bao phần tử bị động Áp dụng cơng thức (6) tính tỉ số truyền: iRC   ZR 78   0, 72 ZC 108 (Dấu – cho biết bánh bao quay ngược chiều so với cần dẫn) iRC  ZS 30   0, 28 ZC 108 (Dấu + cho biết bánh mặt trời quay chiều so với cần dẫn) c) Chế độ bắt đầu tăng tốc Nếu điều khiển MG2 quay chiều kim đồng hồ (tốc độ MG2 nhỏ tốc độ động đốt trong), cần dẫn quay chiều kim đồng hồ bánh hành tinh quay quanh trục ngược chiều kim đồng hồ nên làm cho bánh mặt trời quay chiều kim đồng hồ ZR ZC ZS S R R S C Khi đó: Cần dẫn phần tử chủ động Bánh mặt trời bánh bao phần tử bị động Áp dụng cơng thức (6) tính tỉ số truyền: iRC  Z R 78   0, 72 ZC 108 isc  ZS 30   0, 28 ZC 108 Giả sử moment từ động đốt phát truyền đến cần dẫn 100% (bỏ qua ma sát) Áp dụng cơng thức (7): mz(F) = mo(Fxy) =  Fxyh Với: TC = mz(F) FC = Fxy RC = h Ta có: TC = FC.RC = FC.54 = 100% Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 41 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Cả hai trường hợp điều khiển MG2 quay chiều ngược chiều kim đồng hồ tỉ lệ moment phân phối từ động đốt đến bánh bao bánh hành tinh tính sau: Lực từ trục bánh hành tinh (cần dẫn) tác dụng lên bánh bao cân với lực tác dụng lên bánh mặt trời bánh hành tinh hoạt động bánh khơng tải Nên: FR= FS = TC 108 (11) FR: lực tác dụng lên bánh bao FS: lực tác dụng lên bánh mặt trời Từ (11) ta tìm moment truyền qua bánh bao bánh mặt trời TR  TS  Với: TC 78 108 TC 30 108 (12) TR: moment bánh bao TS: moment bánh mặt trời Từ (12) => TR= Tc 2,6  Tc 0,72 3,6 TS = Tc = Tc.0,28 3, Mà: Tc= 100% Vậy: TR= 72% TS =28% Như moment truyền từ động đốt qua cần dẫn 100% (nếu bỏ qua ma sát) 72% moment truyền đến bánh bao 28% momnet truyền đến bánh mặt trời, hay tỉ lệ phân chia 2,6:1 moment đến bánh bao bánh mặt trời 3.4 Khi động đốt động điện MG1, MG2 hoạt động (chế độ tăng tốc) Khi động đốt động điện MG2 cung cấp phần lớn cơng suất đến bánh xe dẫn động MG1 quay theo chuyện động Vì MG1 lúc máy phát nạp lại điện cho ắc-quy HV Năng lượng tạo MG1 MG2 sử dụng Ở chế độ tăng tốc, nguồn lượng động điện tạo chuyển sang máy phát làm lợi cho lượng ắc-quy nhiều Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 42 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai ZR ZC ZS R R S C Khi bánh bao cần dẫn phần tử chủ động, bánh mặt trời phần tử bị động Áp dụng cơng thức (6) ta có: iSC  ZS 30   0, 28 ZC 108 iSR  Z S 30   0,385 Z R 78 Giả sử moment từ động đốt truyền đến cần dẫn 100% moment từ MG2 truyền đến bánh bao 100% (bỏ qua ma sát) Áp dụng cơng thức (7) mz(F) = mo(Fxy) =  Fxyh Ta có: TC= FC.RC = FC.54= 100% TR= FR.RR = FR.78 =100% Áp dụng cơng thức (8) tỉ số truyền ta có: iSC  Mà: MR MV MR =TS MV= TC  TS= TC iSC = 0,28 100% = 28% Áp dụng cơng thức (8) tỉ số truyền ta có: iSR  Mà: MR MV MR =TS M V = TR  TS = TR iSR = 0,385.100% = 38,5% Như moment từ bánh bao 100% truyền qua bánh mặt trời giảm xuống 38,5% moment từ cần dẫn 100% truyền qua bánh mặt trời giảm xuống 28% Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 43 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Mơ chế độ làm việc phân phối cơng suất 4.1 Giới thiệu Sơ đồ chi tiết phân phối cơng suất Bộ phân phối cơng suất (PSD – Power Splitting Device) thiết bị nhỏ gọn, có kích thước khoảng lòng bàn tay Nó dùng để phân chia cơng suất động đốt động điện đến bánh xe Các thành phần PSD hoạt động thường xun, liên tục, cách truyền cơng suất giống vi sai hộp số tự động truyền thống Tuy nhiên có điểm khác vi sai phối hợp sử dụng nhiều cơng suất khác Do cơng suất phát êm dịu đáp ứng nhanh trạng thái hoạt động xe Khi hoạt động, PSD tách kết hợp nguồn cơng suất lại để đạt được hiệu suất cao Cơng suất đưa đến bánh xe làm xe chuyển động thơng qua bánh bao Động điện/máy phát MG2 hoạt động xe tốc độ thấp để tiết kiệm nhiên liệu bổ sung cơng suất cho động xe chạy tốc độ cao, giúp xe đạt khả động lực tốt Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 44 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai MG2 đơi cung cấp cơng suất, đơi máy phát điện để nạp lại lượng cho ắc-quy xe q trình phanh giảm tốc, có hoạt động mà khơng tạo lượng Còn động điện/máy phát MG1 kết nối với bánh mặt trời, dùng để giúp động khởi động, máy phát điện cung cấp lượng cho ắc-quy động hoạt động bổ sung lượng điện cho MG2 xe chạy tốc độ cao Động đốt nối với cần dẫn, động điện/máy phát MG1 động điện/máy phát MG2 thơng qua bánh hành tinh ECU xe lai tính tốn, xử lý kết từ thơng tin lấy từ cảm biến (thể trạng thái hoạt động xe), tốc độ động đốt trong, MG1, MG2 cho đạt hiệu suất cao Các thành phần PSD hoạt động thường xun khơng có cần chuyển số Đây đột phá cơng nghệ xe lai Bánh mặt trời Nối với M/G1 10kW Bánh bao Nối với M/G2 50kW Cần dẫn Nối với động xăng 1,5 lít Sơ đồ ngun lý phân phối cơng suất PSD Bộ phân phối cơng suất Động xăng 1,5 lít Ắc-quy cao áp 201,6 V Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng M/G2 50 kW M/G1 10 kW Động điện.máy phát M/G2 50 kW Trang 45 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai 4.2 Các chế độ làm việc phân phối cơng suất PSD  Dừng Mơ hình cho ta thấy PSD khơng hoạt động, thành phần bên khơng có di chuyển Ở xe lai Toyota Prius, xe đến vị trí dừng đèn đỏ trạng thái dừng xảy Lúc động đốt động điện khơng hoạt động Mãi đèn xanh bật lên tài xế đạp bàn đạp ga máy điều hòa xe  Khởi động Khi nhấn nút Power đạp bàn đạp ga để kích hoạt cho hệ thống hoạt động Các động tác này, giúp cho động hoạt động trở lại Động điện MG1 (phần màu đỏ), bắt đầu quay theo chiều kim đồng hồ Làm cho bánh hành tinh quay theo chiều ngược lại Tốc độ tăng dần lên, momen xoắn đủ lớn làm cho cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ, mà cần dẫn lại nối với trục khuỷu động cơ, khởi động động Mặc dù bánh hành tinh ăn khớp với bánh bao, di chuyển khơng làm cho bánh bao quay Vì bánh xe khơng chuyển động Tuy nhiên, bánh xe di chuyển q trình khởi động xảy Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 46 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai  Khởi động đột ngột Mặc dù chế độ giống với chế độ khởi động thật hồn tồn khác Cơng suất tạo từ MG1 MG2 phần lớn MG2 làm quay bánh xe chuyển động MG2 lấy điện từ ắc-quy HV để làm quay bánh bao, lúc bánh hành tinh quay theo Nếu MG1 giữ lại khơng quay động hoạt động, lại quay tự Phương pháp truyền cơng suất thực cách êm dịu  Tăng Tốc Chế độ xảy xe nhận tín hiệu tăng tốc tất thành phần PSD điều hoạt động Cả động đốt động điện MG2 cung cấp phần lớn cơng suất đến bánh xe dẫn động MG1 quay theo chuyện động Vì MG1 lúc máy phát nạp lại điện cho ắc-quy HV Năng lượng tạo MG1 MG2 sử dụng Ở chế độ tăng tốc, nguồn lượng động điện tạo chuyển sang máy phát làm lợi cho lượng ắc-quy nhiều Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 47 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai  Chế độ chạy tiết kiệm nhiên liệu Đây chế độ giống trường hợp “tăng tốc” cơng suất cần thiết nhỏ ECU dựa vào tín hiệu trạng thái hoạt động xe, tốc độ động điện động đốt hợp lý cho hiệu suất cao Nếu tốc độ động đốt nhỏ 42v/p ECU điều khiển cho động ngừng hoạt động chuyển sang chế độ leo dốc Thực tế, tốc độ PSD nhỏ MG1 điều khiển quay ngược chiều Đây điều dẫn đến khác chế độ “tiết kiệm” với chế độ khác, kể từ cơng suất nhỏ để trì tốc độ khơng đổi xe đường cao tốc  Chạy lùi Đây chế độ đặc biệt PSD Khi động khơng hoạt động, MG1 quay làm cho cần dẫn quay theo, kết MG2 quay theo theo chiều ngược lại Động đốt đơi lúc hoạt động trở lại thực q trình lùi xe Vào lúc này, cần dẫn bắt đầu hoạt động, MG1 quay nhanh để bù lại thay đổi tốc độ động đốt trong, ngăn ngừa cản trở việc lùi xe Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 48 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai  Chạy lùi động hoạt động Trong trường hợp xe chạy lùi, động đốt hoạt động trở lại Khi điều xảy thành phần bên PSD cung cấp cơng suất ngược đến bánh xe tiêu thụ cơng suất lớn cho viêc lùi xe Nhưng kể từ động hoạt động lại phát nhiệt điện Tuy nhiên, điều chấp nhận Đây chế độ đặc biệt, loại trừ hồn tồn cần thiết số lùi mà tất xe mong muốn Ở loại xe hoạt động đầy đủ tiếp tục bình thường  Xe xuống dốc Chế độ xảy động đốt động điện khơng cần tạo cơng suất tốc độ thấp 42v/p Động ngừng hoạt động hồn tồn, nhiên bánh hành tinh tiếp tục hoạt động Khi cần dẫn khơng hoạt động, điều cho phép động điện chuyển động quay tự Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 49 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai Mơ Bánh bao (nối MG2) Bánh mặt trời (nối trục khuỷu động cơ) Bánh hành tinh (nối MG1) Các trượt dịch chuyển thay đổi với chế độ tương ứng IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Mặc dù thời gian thực đề tài giới hạn, tài liệu phục vụ cho mục đích đề tài hầu hết lấy từ Internet sau biên dịch tổng hợp trở lại đề tài đạt số kết định như: Nêu bật lên hướng phát triển tất yếu dòng xe lai Đây loại phương tiện giao thơng có hiệu suất vượt trội, giảm thiểu lượng khí thải gây nhiễm mơi trường giải phần vấn đề khan nhiên liệu hố thạch tương lai Các phận chủ yếu xe lai: động điện/máy phát (M/G), hệ thống truyền động, hệ thống lượng (Ắc-quy), Cấu trúc loại hệ thống truyền động: nối tiếp, song song, kết hợp, phân tích ngun tắc truyền cơng suất q trình truyền động đặc điểm loại Tính tốn động học phân phối cơng suất mơ chế độ làm việc phân phối cơng suất hệ thống truyền động xe lai Đề tài nguồn tài liệu tham khảo giá trị cho giáo viên, sinh viên ngành Cơ khí Động lực nói riêng; người làm việc nghiên cứu lĩnh lực tơ nói chung Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 50 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ I Kết luận Trong xu hội nhập kinh tế nước ta gia nhập WTO, ngành cơng nghiệp tơ khơng nằm ngồi xu Hiện có nhiều cơng ty sản xuất lắp ráp tơ xây dựng nhà máy nước ta, đồng thời có nhiều cơng ty nước khẳng định vị trí ngành cơng nghiệp tơ nước nhà Nhu cầu sử dụng xe người dân ngày nhiều, việc chọn xe khơng dễ dãi trước Xe phải đầy đủ tiên nghi, thoải mái, hiệu suất cao, thỏa mãn nhu cầu khách hàng giá thành phù hợp, bên cạnh phải đáp ứng tiêu chuẩn khí xả quốc gia Trong năm gần ngành cơng nghiệp tơ giới có bước đột phá lớn việc sử dụng cơng nghệ lai ghép tơ để tạo xe hồn thiện mặt cơng suất, tiện nghi, đồng thời đảm bảo tốt tiêu chuẩn ngặt nghèo mơi trường, tiết kiệm nhiên liệu Hiện nay, tất hãng xe giới coi xe lai chương trình sản xuất xe trọng tâm hãng kỷ Tuy cơng nghiệp tơ nước ta giai đoạn hình thành xu chung xe lai lựa chọn tương lai người dân II Đề nghị Với thiếu hụt tài liệu thời gian thực nên đề tài giới hạn hệ thống truyền động xe lai giúp cho người đọc nhìn mới, ưu nhược điểm, triển vọng phát triển thị trường Việt Nam Hiện nước ta lác đác xuất vài xe lai nhập hiệu Lesux, bước khởi đầu đầy hứa hẹn để xe lai ngày phát triển thị trường Việt Nam Vì việc nhà nước quan tâm đầu tư cộng với nghiên cứu phát triển dòng xe lai nhà chun mơn lĩnh vực tơ để tiến đến sản xuất xe lai phù hợp với điều kiện Việt Nam việc làm cần thiết cấp bách III Hƣớng phát triển đề tài Mặc dù tác giả nghiên cứu cơng phu cẩn trọng vấn đề liên quan đến hệ thống truyền động xe lai, mơ phân tích đặc điểm loại cấu hình truyền động nêu lên đề nghị có tính cấp bách Tuy nhiên, thời gian thực đề tài trình độ có giới hạn nên vấn đề chưa đuợc đề cập đến như:  Động điện sử dụng tơ lai  Hệ thống phanh xe lai cơng nghệ phục hồi lực phanh  Phát triển hệ thống điều khiển xe lai  … hướng nghiên cứu tiếp đề tài Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 51 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học-động lực học mô chế độ làm việc phân phối công suất xe lai TÀI LIỆU THAM KHẢO  -1 Andrea Balluchi and Luca Benvenuti-Hybrid Systems in Automotive Electronics Design Baptiste Bagot and Oscar Lindblad-Uncovering the True Potential of Hybrid Electric Vehicles Dennis Doerffel-Testing and Characterisation of Large High-Energy Lithium-Ion Batteries for Electric and Hybrid Electric Vehicles, UNIVERSITY OF SOUTHAMPTON Dennis Dưrffel-Energy Management of Hybrid Electric Vehicles, University of Southampton Doerffel, D (2002) Peace of Mind Drivetrain for Hybrid Electric Vehicles, London 09.12.2002 PGS-TS Đỗ Văn Dũng-Từ điển chun ngành cơng nghệ ơtơ, nhà xuất Thống Kê, 2003 Jonas Ottosson-Energy Management and Control of Electrical Drives in Hybrid Electrical Vehicles, Department of Industrial Electrical Engineering and Automation, 2007 Karen I Burke-A Lesson in the Physics of Hybrid Electric Vehicles, 27 April 2000 Linus Nordholm-Master Thesis Development of validation methods for HEV (Hybrid Electrical Vehicle), Dept of Industrial Electrical Engineering and Automation Lund University 10 KS Nguyễn Qn-Thiết kế hệ thống động lực ơtơ lai điện nhiệt hai chỗ ngồi, 2004 11 Strattan- R D (1998) The Evolving Role of Electric and Hybrid Electric Vehicles 12 http://www.autoshop101.com 13 www.auto-howstuffwork.com/hybrid-car.htm 14 http://fueleconomy.gov/ 15 http://www.Toyota.com/ 16 http://synergyhybriddrive.com 17 http://hybridcars.com 18 http://greencarcongress.com 19 http://greenhybrid.com/compare/mileage 20 Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 52 [...]... này đối với xe dẫn động kiểu song song thì xe vẫn có thể chạy được bởi động cơ đốt trong Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 25 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai Bộ phân phối cơng suất và các chế độ làm vịêc Bộ phân phối cơng suất Bộ giảm chấn Động cơ đốt trong Đai truyền động Bánh răng trung... khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai Hệ thống truyền động song song kiểu 2 Hệ thống truyền động song song kiểu 3 ● Kiểu thứ hai: thường được gọi là động cơ phụ “engine assist” Trong cấu hình truyền động này một động cơ điện được gắn trên bánh đà của động cơ đốt trong Động cơ này giúp dẫn động xe khi xe chạy ở tốc độ. .. cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai 4 Bộ phân phối cơng suất (Power Split Device – PSD) Hệ thống truyền động chính của xe lai bao gồm bộ phân chia cơng suất (bộ bánh răng hành tinh), máy phát, động cơ điện và hệ thống bánh răng giảm chấn Nhiệm vụ của bộ phân chia cơng suất là cho phép cơng suất từ động cơ đốt... trực tiếp đến dẫn động đến các bánh xe Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 19 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai Bộ điều khiển Ắc-quy Ly hợp Vi sai Động cơ điện Động cơ đốt trong Hộp số Sơ đồ truyền động song song Ngun lí làm việc cơ bản của hệ thống truyền động song song, là động cơ điện dùng... cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai Ngồi ra cũng có một số yếu tố khác cũng được xem xét trong q trình thiết kế và điều khiển đối với xe có cấu hình truyền động nối tiếp Động cơ đốt trong sẽ khơng phải hoạt động liên tục trong tồn bộ chu trình dẫn động của xe, vì thế khoảng thời gian để khởi động lại động cơ... chuyển động với bánh xe Bộ bánh răng hành tinh phân chia momen xoắn của động cơ cho mơ-tơ điện/máy phát thứ nhất (MG1) với động cơ điện dẫn động (MG2) Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 17 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai Mơ-tơ điện /máy phát một (MG1) sử dụng momen của động cơ để làm hai... năng và ngược lại Do đó xe lai truyền động song song thích hợp cho cả xe lớn và xe nhỏ Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 24 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai 3 Truyền động kết hợp Bộ điều khiển 1 Bộ điều khiển 2 M/G1 Động cơ đốt trong M/G2 Bộ bánh răng hành tinh Vi sai Ắc-quy Sơ đồ truyền động. .. thống phân chia cơng suất của hãng Toyota, những động cơ điện trên hệ thống này cũng có khả năng điều khiển tỉ số tốc độ giữa động cơ đốt trong với tốc độ của xe Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 18 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai M/G1 Bộ đổi điện M/G2 Bộ bánh răng hành tinh 2 Truyền động. .. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối công suất trên xe lai ● Khi tăng tốc: Khi đó cả động cơ điện MG2 và động cơ đốt trong đều cung cấp cơng suất để dẫn động các bánh xe Chuyển động đó làm cho bánh răng mặt trời quay theo vì thế MG1 cũng quay theo bởi chuyển động đó, khi đó nó tạo ra điện năng và được MG2 sử dụng ngay... tồn bộ buồng đốt trong Với hiệu suất nhiệt cao kết hợp với sự giảm cả về kích cỡ và trong lượng của thân động cơ qua việc sử dụng xylanh chế tạo bằng hợp kim nhơm, và cổ ống hút gọn, v.v.giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của động cơ Chủ trì : ThS Nguyễn Văn Trạng Trang 10 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: Tính toán động học -động lực học và mô phỏng các chế độ làm việc của bộ phân phối