LỜI NÓI ĐẦU Nghiên cứu, tính toán cấu hình xe máy hybrid

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới không giống nhau nhưng đều có xu thế chung là cơ giới hoá quãng đường dịch chuyển. Sự gia tăng mật độ phương tiện giao thông dẫn đến hai vấn đề lớn cần giải quyết đó là sự quá tải của cơ sở hạ tầng và ô nhiễm môi trường. Sự phát triển ngành giao thông vận tải của hầu hết các nước đều được thực hiện theo định hướng làm giảm nhẹ sự tác động của hai vấn đề này đến kinh tế - xã hội.

Một xu hướng rất nổi bật hiện nay là sử dụng nguyên lý lai (hybrid) cho nguồn động lực sử dụng trên phương tiện giao thông vận tải. Động cơ lai sẽ kết hợp được ưu điểm của hai động cơ thành phần và hạn chế những nhược điểm của chúng nên tạo ra được hiệu suất tổng hợp rất cao và đồng thời giảm thiểu phát thải khí gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy mà công nghệ lai đã được các nhà sản xuất xe trên thế giới tập trung nghiên cứu rất nhiều.

Qua phân tích trên, rõ ràng việc nghiên cứu chế tạo xe gắn máy Hybrid xăng-điện là một việc làm cần thiết. Bởi vì đây là một loại phương tiện giao thông cá nhân mới phù hợp với điều kiện sử dụng tại Việt Nam, giá thành rẻ và giảm thiểu tối đa việc gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, khi đề tài này nghiên cứu tính toán thành công nó còn góp phần tạo động lực thúc đẩy phát triển nền công nghiệp nước ta. Chính vì vậy mà đề tài “Nghiên cứu, tính toán cấu hình xe máy hybrid” là đề tài rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học - kỹ thuật rất lớn. Nội dung luận văn bao gồm 3 chương:

Chương I: Tổng quan chung.

Chương II: Phân tích chọn phương án, chọn xe cơ sở và nguồn công suất cho xe máy hybrid.

Chương III: Tính toán thiết kế hệ thống truyền lực.

Kết luận.

Mục lục

Lời cam đoan. 1

Lời nói đầu. 2

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt5

Danh mục các bảng. 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG.. 10

1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí10

1.1.1. Ô nhiễm không khí10

1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí10

1.1.3. Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra. 11

1.2. Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay ở Việt Nam.. 11

1.2.1. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ. 11

1.2.2. Tình hình giao thông đường bộ hiện nay. 12

1.3 Ưu điểm của xe Hybrid. 15

1.4. Phân loại xe Hybrid. 16

1.4.1. Theo thời điểm phối hợp công suất16

1.4.2. Theo cách phối hợp công suất17

1.5. Một số kiểu xe máy Hybrid đã được thiết kế chế tạo trên thế giới21

1.5.1. Honda Hybrid Scooter21

1.5.2. eCycle Hybrid. 22

1.5.3. FA - 801 (Hybrid 80cc - 500W)23

1.5.4. Piaggio MP3 Hybrid. 24

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, CHỌN XE CƠ SỞ VÀ NGUỒN CÔNG SUẤT CHO XE MÁY HYBRID.. 26

2.1 Phân tích phương án chọn hệ thống truyền lực. 26

2.1.1 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mô men. 26

2.1.2 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ. 28

2.1.3 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối hỗn hợp. 31

2.1.4 Chọn phương án thiết kế. 33

2.2 Công suất tính toán. 33

2.3 Các thông số cơ bản của xe tham khảo. 34

2.4. Các thông số cơ bản động cơ điện. 36

2.4 Sơ đồ hệ thống truyền lực. 37

2.4.1 Chọn hệ thống truyền lực theo xe tham khảo. 40

2.4.2 Kiểm nghiệm các tỷ số truyền. 43

2.4.3 Tỷ số truyền đai i_m của động cơ điện. 45

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC.. 46

3.1. Cấu hình và mục tiêu thiết kế của xe. 46

3.2. Các trạng thái hoạt động. 47

3.2.1. Chế độ một mình mô tơ kéo xe. 47

3.2.2. Chế độ hybrid. 47

3.2.3. Chế độ sạc pin. 47

3.2.4. Chế độ một mình động cơ đẩy xe. 47

3.2.5. Chế độ chỉ sử dụng phanh tái sinh. 48

3.2.6. Chế độ phanh hybrid. 48

3.3. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ở chế độ chỉ động cơ đốt trong kéo xe. 48

3.4. Đường đặc tính cân bằng lực kéo chỉ động cơ điện kéo xe. 50

3.5. Kết hợp cả động cơ đốt trong và động cơ điện. 51

3.6. Xây dựng đồ thị nhân tố động lực học. 52

3.7 Đồ thị gia tốc của xe v. 52

3.8 Đồ thị thời gian tăng tốc của xe. 54

3.9 Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe. 55

KẾT LUẬN.. 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 60

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Ký hiệu	Đơn vị	Ý nghĩa
IEA		Cơ quan năng lượng quốc tế
HEVs		Xe hybrid sử dụng động cơ đốt trong và động cơ điện
HHV		Xe hybrid sử dụng động cơ đốt trong và mô tơ thủy lực
C1		Ly hợp ly tâm
C2, C3		Ly hợp điện từ
CVT		Hộp số vô cấp
MY1020		Động cơ điện một chiều không chổi than
k1, k2		Tham số cấu trúc bộ kết nối mô men
ω₁	rad/s	Vận tốc góc cổng 1 của bộ kết nối mô men
ω₂	rad/s	Vận tốc góc cổng 2 bộ kết nối mô men
ω₃	rad/s	Vận tốc góc cổng 3 bộ kết nối mô men
T_1,T_2,T₃	Nm	Mô men cổng 1, cổng 2, cổng 3 của bộ kết nối mô men
Pk	N	Lực kéo của xe
Pi	N	Lực cản lên dốc
Pf	N	Lực cản lăn
Pω	N	Lực cản gió
Pj	N	Lực cản tăng tốc
i_h1,i_h2,i_h3, i_h4, i_h5		Các tỉ số truyền giả sử của hộp số vô cấp CVT
n_t	vòng/phút	Số vòng quay của trục kết hợp công suất
n_motor	vòng/phút	Số vòng quay của trục mô tơ
n_e	vòng/phút	Số vòng quay của trục khuỷu động cơ
j	m/s²	Gia tốc
1/j	s²/m	Gia tốc ngược
D		Nhân tố động lực học của xe
Ψ		Tổng cản
	Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay
P_l	kW	Công suất kéo tải
P_e	kW	Công suất động cơ
P_m	kW	Công suất kéo mô tơ điện
P_mb	kW	Công suất phanh của mô tơ điện
P_mc	kW	Công suất sạc lại cho pin
V_eb	m/s	Vận tốc ứng với số vòng quay nhỏ nhất
M_e		Mô men xoắn của động cơ
	Hiệu suất của hệ thống truyền lực
r_b		Bán kính bánh xe
C₁		Hằng số tính toán
i₀		Tỉ số truyền truyền lực cuối
i_cvt		Tỉ số truyền hộp số vô cấp
i_cvtmax		Tỉ số truyền lớn nhất cuả bộ truyền động đai vô cấp
i_cvtmin		Tỷ số truyền nhỏ nhât của bộ truyền đai vô cấp
α		Độ dốc mặt đường
P_d	N	Lực kéo dư
v_max	m/s	Vận tốc lớn nhất của xe
v	m/s	Vận tốc của xe
g	m/s²	Gia tốc trọng trường
s	m	Quãng đường
t	s	Thời gian
P_PPS-d	kW	Năng lượng ắc quy phát ra
	Hiệu suất động cơ
P_PPS-C	kW	Năng lượng pin sạc
	Hiệu suất truyền động từ động cơ tới mô tơ
P_mbmax	kW	Công suất phanh lớn nhất của mô tơ điện
P_mf	kW	Năng lượng phanh cơ khí

Danh mục các bảng

STT	Tên bảng	Trang
Bảng 1.1	Sự bùng nổ giao thông cơ giới	13
Bảng 1.2	So sánh giữa của ba kiểu phối hợp công suất	20
Bảng 2.1	Quan hệ tốc độ mô men	30
Bảng 2.2	Thông số của xe Honda Click	34
Bảng 2.3	Thông số kỹ thuật của động cơ điện MY1020	36
Bảng 3.1	Quan hệ vận tốc, lực kéo, tỷ số truyền	50
Bảng 3.2	Giá trị nhân tố động lực học xe động cơ đốt trong	52
Bảng 3.3	Giá trị nhân tố động lực học xe hybrid	52
Bảng 3.4	Giá trị gia tốc xe động cơ đốt trong	53
Bảng 3.5	Giá trị gia tốc xe hybrid	53
Bảng 3.6	Giá trị thời gian tăng tốc	55
Bảng 3.7	Giá trị quãng đường tăng tốc	56

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

STT	Tên hình	Trang
Hình 1.1	Số lượng ô tô, xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam	13
Hình 1.2	Số lượng xe máy trên 1000 dân của Việt Nam năm 2006	14
Hình 1.3	Đặc tính mô men động cơ điện	15
Hình 1.4	Đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ CR12DE	16
Hình 1.5	Hệ thống xe hybrid nối tiếp	17
Hình 1.6	Hệ thống xe hybrid song song	19
Hình 1.7	Hệ thống xe hybrid hỗn hợp	20
Hình 1.8	Xe Honda hybrid scooter	21
Hình 1.9	Xe eCycle hybrid	22
Hình 1.10	Xe FA – 801	24
Hình 1.11	Xe Piaggio MP3 hybrid	25
Hình 2.1	Bộ kết nối mô men	26
Hình 2.2	Thiết bị kết nối bằng bánh răng	27
Hình 2.3	Thiết bị kết nối bằng đai hoặc xích	27
Hình 2.4	Thiết bị kết nối bằng động cơ điện	28
Hình 2.5	Thiết bị kết nối tốc độ	28
Hình 2.6	Thiết bị kết nối bằng hệ bánh răng hành tinh	29
Hình 2.7	Thiết bị kết nối bằng Transmoto	30
Hình 2.8	Sơ đồ kết nối hỗn hợp với hệ bánh răng hành tinh	32
Hình 2.9	Đồ thị đặc tính ngoài động cơ đốt trong	35
Hình 2.10	Đồ thị đặc tính ngoài động cơ điện	37
Hình 2.11	Sơ đồ bố trí trên xe hybrid	38
Hình 2.12	Sơ đồ hệ thống truyền lực của xe máy hybrid	38
Hình 2.13	Hộp số CVT	40
Hình 2.14	Ly hợp ly tâm ngắt	41
Hình 2.15	Ly hợp ly tâm nối	42
Hình 2.16	Động cơ chạy ở tốc độ thấp	43
Hình 2.17	Động cơ chạy ở tốc độ cao	45
Hình 3.1	Cấu hình hệ thống truyền lực xe hybrid song song dùng bộ kết nối mô men	46
Hình 3.2	Đồ thị lực kéo ở các tỷ số truyền	49
Hình 3.3	Đồ thị cân bằng lực kéo động cơ xăng	500
Hình 3.4	Đồ thị cân bằng lực kéo động cơ điện	51
Hình 3.5	Đồ thị cân bằng lực kéo xe hybrid	51
Hình 3.6	Đồ thị nhân tố động lực học	52
Hình 3.7	Đồ thị gia tốc	54
Hình 3.8	Đồ thị gia tốc ngược	54
Hình 3.9	Đồ thị thời gian tăng tốc	55
Hình 3.10	Đồ thị quãng đường tăng tốc	56

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CHUNG

1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí

1.1.1. Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.

Theo định nghĩa của các nhà khoa học “ Ô nhiễm không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây sự toả mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa (do bụi)”.

Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trong vòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m (Stepplan Keckes). Nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng khoảng 3,60°C (G.I.Plass), và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,30°C.

Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đất tăng 0,40°C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,50°C nếu con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính.

Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn gây hậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và các sinh vật sống trên mặt đất.

1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí

a. Nguồn tự nhiên:cháy rừng, bão bụi, các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên...

b. Nguồn nhân tạo:quá trình đốt nhiên liệu, do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát...

1.1.3. Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra

a. Thành phần khí thải động cơ

Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm : khí và hạt rắn. Người ta phân biệt các chất ô nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác định (CO, HC,…) với các chất ô nhiễm thứ cấp (O₃, …) được sản sinh ra từ các phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với nhau dưới tác động của điều kiện môi trường như bức xạ mặt trời.

- Các thành phần khí thải từ động cơ Diesel

CO₂	2÷12%
H₂O	2÷12%
O₂	3÷17%
NO_X	50÷1000ppm
HC	20÷300 ppm
CO	10÷500 ppm
SO₂	10÷30 ppm
N₂O	≈3 ppm

- Các thành phần khí thải từ động cơ xăng

+ HC (unburned hydro cacbon)

+ CO (carbon monoxide)

+ NO_x (nitơ oxit)

+ SO_x (oxit lưu huỳnh)

+ Bồ hóng

+ CO₂ (carbon dioxide) và H₂O

1.2. Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay ở Việt Nam

1.2.1. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ

Giao thông đường bộ là một bộ phận quan trọng của giao thông vận tải nói riêng và của hệ thống kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội nói chung, nó có vai trò rất quan trọng trong phát triển kinh tế-xã hội, đóng góp to lớn vào nhu cầu đi lại của nhân dân, nâng cao giao lưu với các vùng, xóa đi khoảng cách về địa lỵ, chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng hợp lý phát huy lợi thế của từng vùng, từng địa phương, từng ngành, xóa đói giảm nghèo, củng cố an ninh quốc phòng… Tuy nhiên hệ thống hạ tầng giao thông đường bộ của nước ta trong thời gian qua còn bộc lộ nhiều hạn chế làm cản trở nhiều tới mục tiêu phát triển chung của đất nước, làm giảm khả năng thu hút vốn đầu tư vào nền kinh tế đặc biệt là các nguồn vốn nước ngoài và giảm tốc độ công nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nước, cản trở tiến trình hội nhập kinh tế khu vực và trên thế giới. Nhìn chung, đường sá giao thông đô thị ở các thành phố lớn nước ta rất hẹp so tiêu chuẩn đường đô thị hiện đại. Rất nhiều con đường với bề rộng nhỏ hơn 4 mét. Kiến trúc thành phố mang dáng dấp của những đô thị cổ xưa chật hẹp nhưng lại rất khó quy hoạch mới. Tỷ lệ diện tích đường giao thông so với tổng diện tích đất đô thị bình quân chung cả nước vào khoảng 17%, đối với các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng hoặc các thành phố cổ như Huế và Hội An thì tỷ lệ này còn thấp hơn nhiều. Đặc biệt, ở các thành phố lớn thường tập trung dân cư đông đúc đã làm cho mật độ giao thông trên đường phố là rất lớn và thường gây ra tắt ngẽn giao thông vào các giờ cao điểm. Ngoài ra, diện tích đất dành cho các bãi đỗ xe công cộng là rất nhỏ và không được chú trọng đầu tư mở rộng nên việc lấn chiếm lòng lề đường của các phương tiên giao thông là phổ biến.

1.2.2. Tình hình giao thông đường bộ hiện nay

Năng lượng tiêu thụ ở các đô thị có thể chiếm tới 3/4 tổng năng lượng tiêu thụ của quốc gia. Năng lượng tiêu thụ, tức là tiêu thụ nhiên liệu than, dầu, xăng, khí đốt càng nhiều, nguồn khí thải ô nhiễm càng lớn, do đó các vấn đề ô nhiễm không khí trầm trọng thường xảy ra ở các đô thị, đặc biệt là thường xảy ra ở các đô thị lớn.

Năm 1980			Năm 2000			Hiện nay
Xe đạp	Ô tô, xe máy	GT công cộng	Xe đạp	Ô tô, xe máy	GT công cộng	Xe đạp	Ô tô, xe máy	GT công cộng
80%	5%	15%	65%	>30%	<5%	2-3%	87-88%	10%

Bảng 1.1 Bùng nổ giao thông cơ giới (ước tính)

Đô thị càng phát triển thì số lượng phương tiện GTVT lưu hành trong đô thị càng tăng nhanh. Đây là áp lực rất lớn đối với môi trường không khí đô thị.

Hình 1.1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam

(Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam và Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT, 2009)

Số lượng phương tiện cơ giới này tập trung chủ yếu rất lớn tại các đô thị lớn, đặc biệt là ở Tp. Hồ Chí Minh và Hà Nội (Hình 1.2).

Một đặc trưng của các đô thị Việt Nam là phương tiện giao thông cơ giới 2 bánh chiếm tỷ trọng lớn. Ở các đô thị lớn, trong những năm qua, tỷ lệ sở hữu xe ôtô tăng nhanh, tuy nhiên lượng xe máy vẫn chiếm tỷ lệ rất lớn.

Hình 1.2 Số lượng xe máy trên 1.000 dân ở các thành phố lớn của Việt Nam năm 2006 (Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam, 2007)

Bên cạnh của vấn đề khó mở rộng diện tích mặt đường trong các thành phố, hiện nay với sự tăng đột biến của loại xe mô tô mà người dân thành phố đang sử dụng đã làm tăng thêm gánh nặng giao thông và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Để góp phần giảm mật độ giao thông, ngoài mở rộng diện tích đường sá, một phương pháp khác cũng khá hiệu quả đó là quy hoạch lại phương tiện giao thông trong thành phố như phân luồng, phân tuyến, khuyến khích người dân lựa chọn loại xe làm phương tiện giao thông cá nhân phù hợp để sử dụng.

Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê về cơ sở hạ tầng đã nêu trên, các thành phố lớn tại Việt Nam có đường phố phần lớn rất hẹp và mật độ giao thông lại khá cao. Các khu vực dành để đỗ xe ô tô cá nhân và diện tích nhà ở của dân thành thị cũng rất hẹp. Để thuận tiện lưu thông và cất giữ xe, chiếc xe mà thị trường tiêu thụ dễ chấp nhận nhất phải có kích thước nhỏ gọn. Vì vậy, xe hai bánh được người dân lựa chọn làm phương tiện đi lại chiếm tỷ lệ cao nhất.

Dựa trên những cơ sở về tình hình giao thông tại Việt Nam ta có thể thấy tình trạng ách tắc giao thông do các phương tiện giao thông đang ngày càng nghiêm trọng, đồng thời phương tiện chủ yếu mà người dân sử dụng là xe gắn máy,…đây là loại phương tiện gây ô nhiêm môi trường nhiều nhất. Do đó, cần có những phương tiện sử dụng các loại năng lượng sạch và gọn nhằm hạn chế tình trạng ách tắc giao thông và ô nhiễm môi trường. Có rất nhiều giải pháp đã được đề xuất, trong đó giải pháp hữu hiệu nhất hiện nay trên thế giới là sử dụng động cơ Hybrid.

1.3 Ưu điểm của xe Hybrid

Về mặt đặc tính động lực học của xe: ở chế độ khởi hành, xe chỉ dùng động cơ điện. Đặc tính mômen cơ của động cơ điện như hình 1.3 cho ta thấy tại số vòng quay nhỏ mômen của động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất thích hợp. Còn khi số vòng quay vượt quá số vòng quay định mức thì khi tiếp tục tăng, đường mômen là đường hypebol bậc 2 (số vòng quay tăng thì mômen giảm) đường này cũng phù hợp với đặc tính cản của xe.

Hình 1.3 Đặc tính mômen của động cơ điện.

Về tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm: dựa trên đặc tính của động cơ đốt trong, ta thấy được dải hoạt động của mômen xoắn chưa tối ưu. Ở tốc độ vòng quay động cơ thấp, mômen nhỏ không đáp ứng được điều kiện cản, do đó xe ôtô thông thường cần phải có hộp số. Hơn nữa, đặc tính mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ cho thấy chỉ có một vùng động cơ hoạt động tối ưu với mômen lớn và mức tiêu thụ nhiên liệu nhỏ. Xe hybrid giải quyết được vấn đề này, bộ điều khiển sẽ quyết định trạng thái hoạt động của động cơ để điều chỉnh dải làm việc của động cơ trong vùng tối ưu của nó.

Hình 1.4 là đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ CR12DE ,của xe Nissan Cube. Đặc tính thể hiện được đường công suất ngoài và đường mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ thu được qua băng thử. Từ công suất ngoài và mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ, ta xác định được đường kinh tế nhiên liệu của xe (đường nét gạnh trên H1.4). Trên đường này ta có công suất của động cơ lớn và mức tiêu thụ nhiên liệu nhỏ, khi động cơ hoạt động trong vùng này sẽ tiết kiệm được nhiên liệu và có lượng phát thải độc hại ít.

Hình 1.4 đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ CR12DE

1.4. Phân loại xe Hybrid

1.4.1. Theo thời điểm phối hợp công suất

a. Chỉ sử dụng motor điện ở tốc độ chậm

Khi ôtô bắt đầu ở tốc độ thấp, nên loại này có khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi khởi hành, motor điện sẽ hoạt động cung cấp công suất giúp xe chuyển động và tiếp tục tăng dần lên với tốc độ khoảng 25 mph (1,5 km/h) trước khi động cơ nhiệt tự khởi động. Để tăng tốc nhanh từ điểm dừng, động cơ nhiệt phải khởi động ngay lập tức mới có thể cung cấp công suất tối đa. Ngoài ra, motor điện và động cơ nhiệt cũng hỗ trợ cho nhau khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như khi leo dốc, leo núi hoặc vượt qua xe khác. Do motor điện được sử dụng nhiều lái ở đường phố hơn là khi đi trên đường cao tốc. Xe ô tô Toyota Prius và Ford Escape Hybrid là hai dòng điển hình thuộc loại này.

b. Phối hợp khi cần công suất cao

Motor điện hỗ trợ động cơ nhiệt chỉ khi điều kiện lái yêu cầu nhiều công suất, như trong quá trình tăng tốc nhanh từ điểm dừng, khi leo dốc hoặc vượt qua xe khác, còn trong điều kiện bình thường xe vẫn chạy bằng động cơ nhiệt. Do đó, những chiếc Hybrid loại này tiết kiệm nhiên liệu hơn khi đi trên đường cao tốc vì đó là khi động cơ nhiệt ít bị gánh nặng nhất. Điển hình là xe ô tô Honda Civic Hybrid và Honda Insight thuộc loại thứ hai.

Cả hai loại này đều lấy công suất từ ắc quy khi motor điện được sử dụng và khi đó nó sẽ làm yếu công suất của ắc quy. Tuy nhiên, một chiếc xe Hybrid không cần phải cắm vào một nguồn điện để sạc bởi vì nó có khả năng tự sạc.

1.4.2. Theo cách phối hợp công suất

Kiểu nối tiếp

Hình 1.5 là sơ đồ hệ thống xe Hybrid nối tiếp. Động cơ điện truyền lực đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc quy hoặc cung cấp cho động cơ điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp ắc quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện. Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.

Hình 1.5Hệ thống xe Hybrid nối tiếp

Ưu điểm: Hệ thống truyền lực của xe được điều khiển như một hệ thống truyền lực điện. Ở sơ đồ này không cần bố trí hộp số cơ khí nhiều cấp số truyền (hoặc là không cần hộp số). Có thể sử dụng động cơ ở từng bánh xe thay cho bộ truyền vi sai, tạo ra truyền động kiểu 4WD. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu và không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường. Mặt khác động cơ đốt trong chỉ hoạt động nếu xe chạy đường dài quá quãng đường đã quy định dùng cho ắc quy.

Nhược điểm:Năng lượng từ động cơ bị biến đổi 2 lần làm giảm hiệu suất truyền động, bố trí thêm máy phát làm tăng khối lượng xe, kích thước và dung tích ắc quy có kích thước lớn hơn so với kiểu truyền động song song, động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc, động cơ điện có khối lượng lớn (để đáp ứng được công suất yêu cầu).

b. Kiểu song song

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả động cơ nhiệt và động cơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền mô men chính còn động cơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc.

Kiểu này không cần dùng máy phát điện 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, nó có thể khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy. Hệ thống xe Hybrid song song được giới thiệu trên hình 1.6.

Ưu điểm: Công suất của xe sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lượng bình ắc quy nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp.

Nhược điểm: Động cơ điện cũng như bộ phận điều khiển có kết cấu phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nối tiếp.

Hình 1.6Hệ thống xe Hybrid song song

c. Kiểu hỗn hợp

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối đa các lợi ích được sinh ra, hệ thống Hybrid hỗn hợp như trên hình 1.7. Hệ thống Hybrid hỗn hợp có một bộ phận gọi là thiết bị phân chia công suất chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động. Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe Hybrid.

Luôn hoạt động ở chế độ tối ưu nên khắc phục được các nhược điểm của truyền động nối tiếp và song song như: sử dụng phương pháp tái sinh năng lượng để tạo ra dòng điện nạp cho ắc quy, giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu.

Hình 1.7Hệ thống xe Hybrid hỗn hợp

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 do đó có thể thiết kế động cơ có kích thước nhỏ gọn, công suất và mô men của động cơ đốt trong được chọn trong vùng hoạt động tối ưu(do tính toán chọn trước dãy tốc độ phù hợp), nguồn công suất và mô men sau khi phối hợp giữa hai động cơ được gần như lý tưởng.

Tuy nhiên ở sơ đồ hỗn hợp thì xe có kết cấu phức tạp và giá thành cao.

d. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất

Kiểu lai	Sự tiết kiệm nhiên liệu				Sự thực hiện truyền động
Kiểu lai	Sự dừng không tái sinh	Lấy lại năng lượng	Hoạt động hiệu suất cao	Tổng hiệu suất	Gia tốc	Công suất phát ra cao liên tục
Nối tiếp
Song song
Hỗn hợp

Ghi chú: : tối ưu : tốt : có bất lợi

Bảng 1.2 So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất

Ở Việt Nam nguồn gây ô nhiễm chính là xe máy. Hiện nay có hơn 16 triệu chiếc xe gắn máy đang lưu hành và sẽ còn tăng , trong thời gian dài trước mắt, xe gắn máy tại nước ta vẫn đóng vai trò là phương tiện giao thông chủ lực. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu một loại phương tiện cá nhân phù hợp với nước ta để thay thế các loại xe gắn máy đang sử dụng hiện nay thỏa mãn đồng thời hai yếu tố là phát thải ô nhiễm thấp và tiết kiệm nhiên liệu. Và giải pháp tối ưu nhất là sử dụng công nghệ Hybrid lên xe máy.

1.5. Một số kiểu xe máy Hybrid đã được thiết kế chế tạo trên thế giới

1.5.1. Honda Hybrid Scooter

Ngày 24 tháng 8 năm 2004, Honda đã giới thiệu mẫu xe lai đầu tiên kiểu dáng “scooter” với khả năng giảm khí thải gây ô nhiểm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu (hình 1.8). Xe hybrid này kết hợp hoạt động của một động cơ đốt trong phun xăng điện tử 50^cc và một động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của xe. Hệ thống sử dụng một bình ắc quy niken-hyđro để lưu trữ năng lượng. Khi chạy trên đường bằng phẳng trong thành phố, một mình động cơ điện sẽ dẫn động xe chạy với tốc độ đạt 30 km/h. Khi cần lực phát động lớn như tăng tốc hoặc lên dốc thì động cơ đốt trong sẽ kết với động cơ điện thông qua bộ truyền động đai vô cấp để tăng thêm công suất kéo.

Hình 1.8 Xe Honda hybrid scooter

Để tận dụng năng lượng, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc thì động cơ điện sẽ trở thành máy phát điện nạp điện vào ắc quy. Mẫu xe này có hiệu suất rất cao và giảm được 37% nồng độ CO trong khí thải so với xe gắn máy cùng công suất.

1.5.2. eCycle Hybrid

Xe eCycle (hình 1.9) được đánh giá sẽ có được công suất của một chiếc xe gắn máy với động cơ 250cc chạy xăng ngoại trừ tốc độ cực đại. Khả năng tăng tốc từ 0-100 km/h trong thời gian 6 giây và tốc độ tối đa 120km/h. Tiêu thụ nhiên liệu 50km/lít với lượng phát sinh khí thải rất thấp.

Hình 1.9 Xe eCycle Hybrid

Các chuyên gia hàng đầu về động cơ hybrid cũng khẳng định rằng, eCycle hybrid là chiếc xe máy rất hiện đại với loại vật liệu trọng lượng nhẹ, ít gây ô nhiễm môi trường cũng như khả năng hãm tái sinh năng lượng đạt hiệu quả cao. Kết cấu nhẹ của eCycle đều dựa trên một bộ phận trung tâm, nơi đặt động cơ - máy phát, ắc quy và các hệ truyền động. Hệ thống lái rất đặc biệt và bộ giảm xóc lò xo để trần mang đến hình ảnh thể thao cho chiếc xe này. Hệ thống treo phía trước là dạng càng đơn nằm ngang với một tay đòn lắp một cách chắc chắn với khung trung tâm đơn khối bằng hợp kim nhôm. Khối hybrid của eCycle đạt được công suất 42V x 400A = 16800W. Khối lưu trữ điện của chiếc xe này bao gồm ba ắc quy 14V. Các bánh xe mâm đúc bằng nhôm đường kính 40cm, hộp số hai tốc độ và dẫn động bằng xích. Khối lượng của những chiếc xe máy hybrid của eCycle khoảng 100 kg.

1.5.3. FA - 801 (Hybrid 80cc - 500W)

Công ty sản xuất xe gắn máy FUSEN của Thái Lan đã cho ra đời mẫu xe mô tô hybrid được kết hợp từ một động cơ điện 500W và một động cơ đốt trong 80cc (hình 1.10). Khi xe chạy từ 0 - 34km/h, động cơ điện sẽ hoạt động. Khi xe đạt tốc độ 35km/h, hộp điều khiển điện tử sẽ khởi động động cơ đốt trong và ngắt động cơ điện, lúc này động cơ đốt trong sẽ thay thế động cơ điện để cung cấp sức kéo cho xe chạy. Khi tốc độ xe thấp hơn 35km/h, hệ thống điều khiển sẽ giúp xe tự động chuyển sang hoạt động bằng động cơ điện. Trên tay lái của xe có nút chọn chế độ chạy xe ở 2 trạng thái: chế độ chạy điện và chế độ chạy hybrid. Loại xe này có các ưu điểm:

- Tiết kiệm nhiên liệu và giảm sự ô nhiễm môi trường khi chạy ở chế độ lai (hybrid).

- Hoạt động êm và không ô nhiễm môi trường khi chạy ở chế độ xe điện.

- Giá thành thấp.

Các đặc tính kỹ thuật của xe:

- Công suất động cơ điện: 500W có thể kéo xe chạy đạt 50km/h, quãng đường xe chạy hết bình ắc quy là 90km.

- Bộ nguồn ắc quy: 12V-17AH x 4bình.

- Nạp lại ắc quy: 1,8A trong thời gian từ 4-6 giờ.

- Tốc độ cực đại của xe đạt: 90km/h

Hình 1.10 Xe FA - 801

1.5.4. Piaggio MP3 Hybrid

Piaggio MP3 Hybrid(hình 1.11) là xe máy sử dụng động cơ hybrid công nghệ “xanh” đang là xu hướng được các hãng ô tô lớn trên thế giới quan tâm và nghiên cứu áp dụng trên các sản phẩm ô tô, với các khoản dự án đầu tư lên đến hàng tỷ USD.

MP3 Hybrid sử dụng một động cơ 4 thì, dung tích 124cc phun xăng điện tử kết hợp với motor điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu chạy song song, cho tổng công suất tối đa 15 mã lực (động cơ điện có công suất khoảng 3,5 mã lực). Mẫu xe này có 4 chế độ lái, bao gồm 2 chế độ sử dụng động cơ hybrid và 2 chế độ sử dụng động cơ điện toàn bộ và được áp dụng một số tính năng tiên tiến của ô tô, như bộ thu hồi năng lượng khi phanh và giảm tốc... Ngoài phiên bản này, MP3 Hybrid còn có thêm phiên bản 300 với công suất tối đa 25 mã lực, mức tiêu thụ nhiên liệu 2 lít/100km, lượng khí thải CO2 46g/km, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường Euro 2 .

Hình 1.11 Xe Piaggio MP3 Hybrid

Kết luận: Như vậy trên thế giới đã có một số hãng trên thế giới đã thiết kế và chế tạo ra những chiếc xe máy Hybrid, với lượng xe máy khổng lồ ở Việt Nam và tương lai vẫn sẽ là phương tiện cá nhân chính, xu hướng sử dụng xe máy Hybbrid là tất yếu. Vì những lý do phân tích trên nên đề tài chọn nghiên cứu xe hybrid cho xemáy mà cụ thể là “Nghiên cứu, tính toán cấu hình xe máy hybrid” là một đề tài cấp thiết và có tính ứng dụng cao tại Việt Nam.

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN, CHỌN XE CƠ SỞ VÀ NGUỒN CÔNG SUẤT CHO XE MÁY HYBRID

2.1 Phân tích phương án chọn hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực xe máy cũng tương tự hệ thống truyền lực trên xe ô tô, là tổ hợp tất cả các cụm, cơ cấu, được liên kết với nhau từ động cơ tới bánh xe chủ động bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mô men truyền( hộp số CVT, hộp giảm tốc 2 cấp, trục kết nối mô men, các ly hợp từ, ly hợp ly tâm). Dưới đây là một số phương án bố trí hệ thống truyền lực được sử dụng trên xe máy hybrid.

2.1.1 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối mô men

Hình 2.1 Bộ kết nối mô men

Một thiết bị kết nối mô men như trên hình 2.1 gồm có 3 cổng và có 2 bậc tự do. Cổng 1 là đầu vào đơn hướng, cổng 2 và 3 là cổng ra hoặc vào 2 chiều, nhưng cả 2 không cùng là cổng vào một lúc. Cổng 1 kết nối trực tiếp với động cơ đốt trong hoặc thông qua 1 hộp số cơ khí. Cổng 2 kết nối trực tiếp với trục của motor điện hoặc qua 1 hộp số cơ khí. Cổng 3 kết nối với bánh xe chủ động qua liên kết cơ khí.

Nếu bỏ qua tổn thất và giả sử cổng 2 là cổng vào thì năng lượng ra bánh xe là:

T₃ω₃= T₁ω₁ + T₂ω₂(2.1)

Mô men kết nối có thể được biểu diễn:

T₃= k₁T₁+ k₂T₂(2.2)

Với : k₁, k₂ là tham số cấu trúc của bộ kết nối mô men.

Vận tốc góc ω_1, ω₂ và ω₃ quan hệ với nhau:

ω₃= ω₁/k₁= ω₂/k₂ (2.3)

Thiết bị kết nối mô men có nhiều dạng khác nhau. Một số thiết bị cơ bản như: truyền động bánh răng như hình 2.2, đai ( hình 2.3) hay sử dụng trực tiếp động cơ điện ( hình 2.4). Mỗi thiết bị cho thông số về k₁và k₂khác nhau.

Hình 2.2 Thiết bị kết nối bằng bánh răng

Hình 2.3 Thiết bị kết nối bằng đai hoặc xích

Hình 2.4 Thiết bị kết nối bằng động cơ điện

Do tính đa dạng của bộ kết nối mô men nên hệ thống truyền lực hybrid song song có nhiều kiểu cấu hình khác nhau. Dựa trên bộ kết nối mô men được dùng, cấu hình 1 trục hay 2 trục sẽ được sử dụng. Trong mồi cấu hình hộp số có thể được đặt tại các vị trí khác nhau dẫn đến đặc tính kéo khác nhau.

Ưu điểm: kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, đặc tính kéo của xe gần giống với đặc tính tối ưu. Hiệu suất cao do ít tổn hao qua bộ truyền.

Nhược điểm: hai nguồn động lực cần có dải tốc độ như nhau, do ở chế độ hybrid tốc độ trục ra phải tỷ lệ với cả tốc độ động cơ đốt trong và động cơ điện.

2.1.2 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ

Hình 2.5 Thiết bị kết nối tốc độ

Năng lượng được cung cấp bởi 2 nguồn năng lượng có được kết nối cùng nhau bằng cách cộng tốc độ của chúng. Tương tự bộ kết nối mô men, bộ kết nối tốc độ có sơ đồ như hình 2.5: gồm 3 cổng, 2 bậc tự do. Cổng 1 kết nối với động cơ đốt trong với dòng năng lượng đơn hướng, cổng 2 và 3 có thể kết nối với motor điện hoặc truyền lực cuối, cả 2 đều với dòng năng lượng 2 chiều.

Bộ kết nối tốc độ cơ khí có thuộc tính:

ω₃ = ω₁k₁+ ω₂k₂(2.4)

Với k₁ và k₂ là hằng số kết hợp với cấu trúc và hình học được thiết kế. Trong số 3 tốc độ ω₃, ω₁, ω₂ thì 2 trong số chúng độc lập với nhau và có thể điều khiển độc lập. Do sự ràng buộc của bảo toàn năng lượng, mô men xoắn được liên kết với nhau bởi:

T₃= T_1/k₁= T₂/k₂ (2.5)

Một thiết bị kết nối điển hình là hệ bánh răng hành tinh như hình 2.6

Hình 2.6 Thiết bị kết nối bằng hệ bánh răng hành tinh

Hệ bánh răng hành tinh gồm ba cổng đơn vị: bánh răng mặt trời, bánh răng

bao và cần dẫn được đánh số 1,2,3 như trên hình 2.6. Tốc độ của cần dẫn kết nối tới bánh xe chủ động, là sự kết hợp của tốc độ động cơ và mô tơ. Nhưng mô men của động cơ, của mô tơ điện và trên bánh xe chỉ động giữ quan hệ cố định

T₃ = -(1+i_g)T₁ = -(1+i_g)T₂/i_g(2.6)

Với i_g= R₂/R₁= Z₂/Z₁ta có mối quan hệ mô men tốc độ tại bảng 2.1 như sau:

Đơn vị	Tốc độ	Mô men
Bánh răng mặt trời	ω₃ = i_g ω₂/(1+i_g)	T₃ = -(1+i_g)T₂/i_g
Bánh răng bao	ω_{3 =}ω₁/(1+i_g)	T₃ = -( 1+i_g)T₁
Cầu dẫn	ω₁= -i_gω₂	T₁ = T₂/i_g

Bảng 2.1: quan hệ tốc độ và mô men

Thiết bị khác được sử dụng như một bộ kết nối tốc độ là motor điện với stato không cố định (được gọi là transmoto). Có thể coi motor gồm có stato cố định và khung như 1 motor truyền thống, và có 2 roto (trong và ngoài). Roto ngoài, roto trong và khoảng không khi là 3 cổng như hình 2.7.

Hình 2.7 Thiết bị kết nối bằng Transmoto

Năng lượng điện được biến đổi thành năng lượng cơ trong khoảng không khí. Tốc độ của mô tơ trong điều kiện thông thường, là tốc độ quay tương đối của roto trong và roto ngoài, quan hệ tốc độ có thể được biểu diễn:

ω_or = ω_ir+ ω_oi(2.7)

Quan hệ mô men:

T_or = T_ir = T_e(2.8)

Ưu điểm: đảm bảo tính linh hoạt về phương diện tốc độ của hai động cơ tránh được hiện tượng cưỡng bức tốc độ của 1 trong 2 nguồn khi tốc độ làm việc khác nhau.

Nhược điểm: kết cấu hệ bánh răng hành tinh cồng kềnh, còn transmoto phức tạp, yêu cầu chế tạo chính xác cao.

2.1.3 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối hỗn hợp

Bằng kết nối tổ hợp mô men và tốc độ, có thể thiết lập hệ thống truyền lực hybrid mà trong đó trạng thái kết nối mô men và tốc độ có thể được lựa chọn xen kẽ. Ví dụ như sơ đồ hình 2.8, ngoài sơ đồ hình 2.8 có rất nhiều sơ đồ sử dụng hỗn hợp kết nối tốc độ và mô men bằng cách dùng xen kẽ các cấu hình của hai kiểu bộ kết nối.

Hình 2.8 Sơ đồ kết nối hỗn hợp với hệ bánh răng hành tinh

Khi chế độ kết nối mô men được chọn, khóa 2 khóa bánh răng bao của hệ hành tinh với khung xe trong khi ly hợp 1 và 3 đóng, ly hợp 2 mở. Công suất của động cơ và mô tơ điện được cộng cùng nhau bằng cách cộng mô men của chúng thông qua bánh răng Z_a, Z_b và ly hợp 3 tới trục bánh răng mặt trời. Trong trường hợp này, hệ bánh răng hành tinh chỉ có nhiệm vụ như 1 bộ giảm tốc. Tỷ số truyền từ bánh răng mặt trời tới cần dẫn:

ω₁/ω₃ =1 + i_g(2.9)

Khi chế độ kết nối tốc độ được chọn là chế độ hoạt động hiện hành, ly hợp 1 và 3 đóng trong khi ly hợp 2 mở, khóa 1 và 2 giải phóng bánh răng mặt trời và bánh răng bao. Tốc độ của cần dẫn kết nối tới bánh xe chủ động, là sự kết hợp của tốc độ động cơ và mô tơ. Nhưng mô men của động cơ, của mô tơ điện và trên bánh xe chỉ động giữ quan hệ cố định với nhau:

T₃ = -(1+i_g)T₁ = -(1+i_g)T₂/i_g(2.10)

Với sơ đồ này thì khi xe ở tốc độ thấp, chế độ hoạt động mô men xoắn có thể thích hợp để tăng tốc cao hoặc leo dốc, khi xe ở tốc độ cao, chế độ kết hợp tốc độ sẽ được sử dụng để giữ tốc độ động cơ trong khu vực tối ưu của nó. Tuy vậy kết cấu bộ truyền lực này phức tạp, kích thước lớn và đặc tính kéo cũng phức tạp hơn hai kiểu trên.

2.1.4 Chọn phương án thiết kế

Qua các phân tích về đặc điểm và ưu nhược điểm của các phương án truyền động cũng như các phương án kết nối truyền lực trên xe hybrid, luận văn lựa chọn phương án: thiết kế hệ thống truyền lực của xe hybrid mắc theo sơ đồ song song và sử dụng bộ kết nối mô men kiểu đai như hình 2.3.

2.2 Công suất tính toán

Công suất động cơ cần thiết theo điều kiện chuyển động:

N_v = (2.11)

Trong đó: + N_V : công suất của động cơ cần thiết để khắc phục sức cản chuyển động đạt vận tốc lớn nhất trên đường tốt

+G : Trọng tải của xe

+ f : hệ số cản lăn của đường

+ v_max : tốc độ lớn nhất của xe

+ F : diện tích cản chính diện

+ K : hệ số dạng khí động học

+ η_t : hiệu suất của hệ thống truyền lực

Ta có: G= 2500N, f =0.018, K= 0.4 Ns²/m⁴, F= 0.4 m², η_t= 0.84

Theo yêu cầu sử dụng vận hành của xe, động cơ điện sử dụng khi khởi hành xe, động cơ đốt trong sử dụng ở vận tốc trung bình, hai động cơ sử dụng khi cần tăng tốc tối đa hay vượt dốc.

Xác định công suất cần thiết của động cơ điện cần thiết để khắc phục sức cản và chạy đến tốc độ v= 30 km/h (8.333 m/s):

N_v =

=

=556(W)

Xác định công suất cần thiết của động cơ đốt trong chạy ở tốc độ v_max=60km/h (19.444m/s):

N_v =

=

=2440 (W)

Xác định công suất cần thiết của hai động cơ chạy ở tốc độ v_max=95km/h (26.389m/s):

N_v =

=

= 6914(W)

Để thỏa mãn điều kiện ở các chế độ vận hành của xe, ta chọn xe tham khảo phù hợp với công suất tính toán là xe Honda Click và động cơ điện một chiều không chổi than MY1020.

2.3 Các thông số cơ bản của xe tham khảo

Loại xe	Honda Click
Chiều cao	1080mm
Chiều rộng	680mm
Chiều dài	1890mm
Tự trọng	100 Kg
Trọng tải	250 Kg
V_max	30.555 m/s
f	0.018
α	170
Hệ số bám (ϕ)	.7
Bán kính bánh xe (r_b)	245mm
Dung tích xylanh	108cc
Tỷ số nén	9.5:1
Công suất cực đại	6.7 kW/7500rpm
Mô men cực đại	9.2 Nm/5500rpm

Bảng 2.2: Thông số tham khảo xe Honda Click

Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong:

Điểm có tọa độ ứng với vận tốc cực đại:

n_N là số vòng quay ứng với N_emax : n_N = 7500(v/ph)

Số vòng quay của động cơ ứng với V_max:

n_V = 1,1.n_N = 1,1.7500 = 8250(v/ph)

Điểm có số vòng quay chạy không tải của động cơ chọn n = 2000(v/ph)

N_emax của động cơ được tính theo công suất thực nghiệm Leidecman, ta có:

N_emax= kW (2.12)

Đối với động cơ xăng a= b= c= 1. Do đó:

N_Vmax=

= [ 1.1 + - ]*6.7 = 6.56 kW

Xây dựng đặc tính ngoài cho động cơ xác định theo:

+ n_N = 7500(v/p) + a = 1; b = 1; c = 1

+ N_emax=6.7 ( kW) + K = a + b - c

+ N_e= K*N_emax+ M_e=

Ta có đồ thị đặc tính ngoài của động cơ đốt trong như hình 2.9 dưới đây:

Hình 2.9 Đồ thị đường đặc tính ngoài động cơ đốt trong

2.4. Các thông số cơ bản động cơ điện

Động cơ một chiều không chổi than

Ký hiệu động cơ	MY1020
Điện áp	36V DC
Công suất định mức	800 W
Số vòng quay định mức	1500 v/ph
Mô men định mức	2.8 N.m
Dòng điện định mức	20 A
Dòng điện không tải	2.2 A

Bảng 2.3 Thông số động cơ điện MY1020

Hình 2.10 Đồ thị đường đặc tính ngoài động điện

Qua hai đồ thị đường đặc tính ngoài của hai loại động cơ, ta có thể thấy tại chế độ khởi hành, rất phù hợp để sử dụng động cơ điện. Khi đến số vòng quay định mức là 1500 vòng/ phút động cơ điện có xu hướng ổn định. Khi xe cần đạt tốc độ cực đại hoặc khi người lái tăng tốc đột ngột thì sẽ có sự tham gia hỗ trợ của động cơ điện.

2.4 Sơ đồ hệ thống truyền lực

Xe cơ sở là Honda click, các vị trí trên xe đều được giữ nguyên. Ta sẽ bố trí động cơ điện, ắc quy,ly hợp điện từ, trục kết nối mô men, hộp giảm tốc như sơ đồ bố trí hình 2.11. Động cơ điện sẽ được đặt trong khoảng giữa bánh xe và động cơ đốt trong. Trên đầu trục ra của động cơ điện sẽ được bố trí ly hợp điện từ C2, ly hợp điện từ C2 sẽ được nối với trục sơ cấp (đã được kéo dài đầu trục) thông qua một dây đai, trục sơ cấp lúc này sẽ trở thành trục kết nối mô men giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, trục ra của bánh xe ngoài hộp giảm tốc 2 cấp sẽ được nối dài thêm để có thể lắp ly hợp điện từ C3. Các phương án bố trí như trên đã tận dụng được tối đa kết cấu có sẵn của xe cơ sở. Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền lực như hình 2.12.

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí trên xe Hybrid

Hình 2.12 là sơ đồ bố trí trên xe máy hybrid :

1 : Bánh xe 2 : hộp giảm tốc 3 : ly hợp điện từ* 4: Hộp số CVT

5: Dây đai 6: Ly hợp điện từ* 7: Động cơ điện* 8: ắc quy*

9:Động cơ đốt trong

Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống truyền lực của xe máy Hybrid

Các chế độ làm việc của xe máy Hybrid như sau:

- Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để chạy xe: khi làm việc ở chế độ này ly hợp ly tâm C1 và ly hợp điện từ C3 đóng, ly hợp điện từ C2 mở. Công suất của động cơ đốt trong sẽ truyền tới trục kết nối mô men thông qua hộp số CVT đi xuống hộp giảm tốc và đến bánh xe. Năng lượng ra của bánh xe sẽ là (nếu bỏ qua tổn thất qua hộp số CVT và trục kết nối mô men):

T₃ω₃₌ T₁ω₁(2.13)

- Động cơ điện một mình truyền năng lượng để chạy xe: ở chế độ này ly hợp điện từ C2 và C3 sẽ đóng, ly hợp ly tâm C1 mở. Công suất của động cơ điện sẽ qua bộ truyền động đai, qua trục kết nối mô men tới hộp giảm tốc và xuống bánh xe. Nếu bỏ qua các tổn thất năng lượng ra của bánh xe sẽ là:

T₃ω₃₌ T₂ω₂(2.14)

- Cả hai động cơ đốt trong và động cơ điện cùng truyền năng lượng để xe chạy: chế độ này được sử dụng khi xe tăng tốc hoặc leo dốc, khi xe tăng tốc đến tốc độ mà công suất của động cơ đốt trong vượt quá dải tối ưu thì động cơ điện làm việc để bổ xung năng lượng thêm cho xe chạy. Lúc này cả ba ly hợp C1, C2, C3 đều đóng. Công suất của động cơ đốt trong và động cơ điện lần lượt được truyền qua hộp số CVT và bộ truyền động đai, cả hai nguồn công suất này sẽ được qua trục kết hợp mô men và xuống bánh xe. Năng lượng ra của bánh xe sẽ là:

T₃ω₃₌T₁ω_{1 +} T₂ω₂ (2.15)

- Ắc quy thu năng lượng từ phanh tái sinh: trong quá trình phanh năng lượng được thu hồi và lưu lại ắc quy để tái sử dụng thông qua động cơ điện. Ở chế độ này năng lượng từ bánh xe sẽ được truyền qua hộp giảm tốc, qua bộ truyền động đai làm quay động cơ điện, động cơ điện sẽ đóng vai trò như một máy phát nạp điện cho ắc quy. Năng lượng ra của bánh xe sẽ là :

T₂ω₂= T₃ω₃(2.16)

- Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong: chế độ mà động cơ đốt trong nạp năng lượng cho ắc quy khi xe dừng lại (không có năng lượng đi tới tải) hoặc khi ắc quy cần được nạp điện. Khi xe dừng, động cơ đốt trong nạp điện cho ắc quy và không có năng lượng đi tới bánh xe thì hai ly hợp C1, C2 đóng, C3 mở, lúc này năng lượng từ động cơ đốt trong qua hộp số CVT, tới bộ truyền động đai làm quay động cơ điện nạp điện cho ắc quy:

T₁ω₁= T₂ω₂ (2.17)

- Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thời: Khi ắc quy cần được nạp điện, xe vẫn đang chạy, động cơ đốt trong sẽ phải đồng thời cung cấp năng lượng cho tải và nạp điện cho ắc quy, các ly hợp C1, C2, C3 đều được đóng :

T₁ω₁= T₂ω₂+ T₃ω_3.(2.18)

2.4.1 Chọn hệ thống truyền lực theo xe tham khảo

Ta chọn hệ thống truyền lực gồm hộp số CVT và một hộp giảm tốc 2 cấp:

a. Hộp số CVT

Tự động thay đổi tỷ số truyền bằng sự thay đổi đường kính lớn hơn hay nhỏ hơn tại vị trí tiếp xúc với dây đai của puly phù hợp với tốc độ động cơ. Tham khảo của xe Click, tỷ số truyền của hộp số CVT: 2.53:1 - 0.84:1.

Hình 2.13 Hộp số CVT

Các thành phần chính của hộp số CVT:

Puly chủ động: được lắp với trục ra của động cơ đốt trong bao gồm má puly cố định, ống lót, má puly động, bi văng ly tâm và đĩa vênh. Bi văng ly tâm nằm giữa đĩa vênh và má puly động. Hoạt động ra vào của bi văng thông qua lực ly tâm khi trục động cơ quay, khi bi văng hoạt động thì má puly động sẽ trượt dọc theo chiều dọc trục khuỷu làm thay đổi khoảng cách giữa mặt puly chủ động và má puly động, kết quả là đường kính puly chủ động tại vị trí tiếp xúc với dây đai thay đổi.

Puly bị động: được gắn trên trục truyền của hộp giảm tốc cuối, bao gồm má puly cố định, má puly động và lò xo. Má puly động khi nhận được lực kéo của dây đai và do độ dài của dây đai không đổi nó sẽ di động dọc theo trục truyền và làm thay đổi khoảng cách giữa má động và má cố định của puly, kết quả là đường kính của puly tại vị trí làm việc của dây đai sẽ thay đổi.

Ly hợp ly tâm: được lắp cùng với má động của puly động, bao gồm guốc văng, lò xo hồi vị và nồi ly hợp. Khi tốc độ quay của má puly động tăng kéo theo lực ly tâm tăng, do đó guốc văng ly hợp văng ra bám vào nồi ly hợp gắn với trục truyền. Trục truyền truyền mô men cho bánh sau nhờ bộ giảm tốc cuối cùng.

Hình 2.14 Ly hợp ly tâm ngắt

Hình 2.15 Ly hợp ly tâm nối

b. Hộp giảm tốc

Chọn theo xe tham khảo, tỷ số truyền của hộp giảm tốc 2 cấp như sau:

i₀= * = 9.579

Khi đó, ta được tỷ số truyền lớn nhất và nhỏ nhất:

i_max=2.53*i₀= 2.53*9.579= 24.234

i_min=0.84*i₀= 0.84*9.579= 8.046

Do đó, ta có tỷ số truyền của xe trong dải tỷ số sau:

i_min ≤ i ≤ i_max

8.046 ≤ i ≤ 24.234

2.4.2 Kiểm nghiệm các tỷ số truyền

a. Tỉ số truyền lớn nhất (i_max) ở chế độ khởi động và vận tốc thấp

Hình 2.16 Động cơ chạy ở tốc độ thấp

Tỉ số truyền ở chế độ khởi động và vận tốc thấp bắt buộc phải thắng được lực cản tổng cộng lớn nhất của đường và lực kéo này phải thỏa mãn điều kiện bám:

P_kmax ³ P_{can max}

P_kmax P_j

Þ i_max ³ (2.19)

i_max

Trong đó:

+ G_b =m_2k*G₂ : trọng lượng bám

m_2k: Hệ số phân bố lại tải trọng m_2k= 1.1 1.3

Chọn: m_2k= 1.1

Þ G_b= 1.1*1250= 1375 (N)

+ M_emax= 9.46 (Nm)

+ y_max= f + tga = 0.018 + tg17⁰ =0.323

Do đó:

i_max

23.24 i_max 27.70

Thỏa mãn điều kiện i_max khi chọn theo xe tham khảo.

b. Tỷ số truyền ở chế độ vận tốc lớn nhất (i_min)

Hình 2.17 Động cơ chạy ở tốc độ cao

i_min= 0.377 = 0.377 = 8.061 (2.20)

Tỷ số truyền i_min sai lệch không đáng kể so với i_minđã chọn theo xe tham khảo. Do đó tỷ số i_min đã chọn theo xe tham khảo thỏa mãn điều kiện.

2.4.3 Tỷ số truyền đai i_m của động cơ điện

Ta có tỷ số truyền của bộ giảm tốc là: i₀= 9.596

Ta chọn tỷ số truyền giữa động cơ điện tới bộ kết hợp mô men sao cho hai nguồn động lực có dải có dải tốc độ như sau, do đó :

i_m==== 0.803

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

3.1. Cấu hình và mục tiêu thiết kế của xe

Hình 3.1 Cấu hình hệ thống truyền lực xe hybrid song song dùng bộ

kết nối mô men

Hệ thống điều khiển của hệ truyền lực bao gồm bộ điều khiển xe, bộ điều khiển động cơ để kiểm soát công suất động cơ, bộ điều khiển động cơ điện, một bộ điều khiển phanh cơ khí và ly hợp.

Bộ điều khiển chiếc xelà bộ điều khiểncấp độcao nhất, nónhậnđượclệnhhoạtđộngtừtrình điều khiểnthôngquagia tốcvà bàn đạpphanh, và các cảm biến vận hànhkháccủachiếc xebao gồmtốc độ xe, tốc độ động cơ, vị trí bướm ga, trạng thái sạc của pin... Bằng cách xử lý tất cả cáctín hiệu nhận được, trên cơ sở thuật toán điều khiển gắn vào hệ thống truyền lực, bộ điều khiển chiếc xetạo racác lệnh điều khiểnvàgửi lệnhchocác bộ điều khiểnthànhphầntương ứng. Các bộ điều khiểnthành phầnkiểm soátcác thành phầntương ứngđểthực hiện lệnh từbộ điều khiểnxe. Trong thiết kế hệ thống truyền lực, các yếu tốquan trọnglàcông suất củađộng cơ đốt trong, động cơ điện, hộp số, pinvàdung lượng của nó, quan trọng hơn là các cách thức điều khiểncủahệ thống truyền lực. Mục tiêuthiết kếnhưsau:

- Đáp ứng yêu cầu thực hiện: khả năng leo dốc, tăng tốc, và tốc độ chạy tối đa.

- Đạt được hiệu quả tổng thể cao ở các tình huống.

- Duy trì trạng thái sạc của pin ở mức hợp lý trong quá trình lái xe trên đường cao tốc và các khu vực đô thị mà không cần sạc pin từ bên ngoài.

- Năng lượng phanh tái sinh nhiều nhất có thể.

3.2. Các trạng thái hoạt động

Các chế độ hoạt động của hệ thống truyền lực xe hybrid song song với bộ kết nối mô men chủ yếu bao gồm các trường hợp sau.

3.2.1. Chế độ một mình mô tơ kéo xe

Khi tốc độ xe thấp hơn 1 giá trị định sẵn (35km/h), được gọi là đường thấp nhất của tốc độ xe mà tại đó động cơ không hoạt động ổn định, hoặc tiêu thụ nhiên liệu, phát thải cao, chỉ có động cơ điện kéo xe, động cơ đốt trong tắt.

3.2.2. Chế độ hybrid

Khi công suất kéo P_L được sinh ra dưới sự điều khiển của người lái xe lớn hơn năng lượng mà động cơ có thể sinh ra, cả động cơ đốt trong và động cơ điện phải cung cấp năng lượng tới bánh xe chủ động cùng lúc. Trong trường hợp này, hoạt động của động cơ nằm trên đường tối ưu của nó bằng cách kiểm soát bướm ga của động cơ để sinh ra công suất P_e. Nguồn công suất còn lại được cung cấp bởi động cơ điện.

3.2.3. Chế độ sạc pin

Khi công suất kéo được lái xe điều khiển P_Lthấp hơn công suất mà động cơ có thể sinh ra khi hoạt động trên đường tối ưu của nó và ắc quy chưa được sạc đầy, động cơ hoạt động trên đường tối ưu của nó sinh ra công suất P_e. Trong trường hợp này, động cơ điện được điều khiển để hoạt động ở chế độ máy phát, chạy bằng phần năng lượng còn lại của động cơ.

3.2.4. Chế độ một mình động cơ đẩy xe

Khi công suất kéo được lái xe điều khiển P_Lthấp hơn năng lượng mà động cơ có thể sinh ra khi hoạt động trên đường tối ưu của nó và pin đã được sạc đầy . Trong trường hợp này, hệ thống điện tắt và động cơ hoạt động để cung cấp năng lượng đáp ứng nhu cầu phụ tải.

3.2.5. Chế độ chỉ sử dụng phanh tái sinh

Khi xe phanh và năng lượng phanh là ít hơn so với năng lượng phanh tái tạo lớn nhất mà hệ thống điện có thể cung, động cơ điện được điều khiển chức năng như một máy phát điện để tạo ra năng lượng khi phanh. Trong trường hợp này, động cơ bị tắt hoặc được thiết lập ở chế độ không tải.

3.2.6. Chế độ phanh hybrid

Khi năng lượng phanh cần lớn hơn so với năng lượng phanh tái tạo lớn nhất mà hệ thống điện có thể cung, phanh cơ khí phải được sử dụng. Trong trường hợp này động cơ điện phải được kiểm soát để có thể sinh ra năng lượng phanh tái sinh tối đa và hệ thống phanh cơ khí sẽ thực hiện phần còn lại.

3.3. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo ở chế độ chỉ động cơ đốt trong kéo xe

Phương trình cân bằng lực kéo của xe:

P_K = P_f P_i+ P_W P_j (3.1)

Trong đó:

P_i = G*sina (N) - lực cản lên dốc

P_f = f*G*cosa (N) - lực cản lăn

P_W =K*F*v2 (N) - lực cản gió

P_j = (N) - lực cản tăng tốc

Lực kéo bánh xe chủ động P_k được tính:

P_k= = (N) (3.2)

C₁ = (N) - hằng số tính toán

Điều kiện chuyển động: xe chạy trên đường bằng (), đầy tải.

P_k = P_f + P_W + P_d

P_k=

v_i= 0.377

Lực kéo dư: P_d= P_i P_j dùng để leo dốc hoặc tăng tốc.

Vì hộp số CVT thay đổi tỷ số truyền liên tục theo vận tốc của xe nên để vẽ đồ thị cân bằng lực kéo của xe ta giả sử xe có các tỷ số truyền phân bố theo cấp số nhân:

(3.3)

Với: i_h1= i_cvtmax =2.53

Vậy ta có:

i_h2= = = 1.86

i_h3= = = 1.36

i_h4= 1

i_h5= i_cvtmin= 0.84

Trước hết, ta vẽ đồ thị cân bằng lực kéo với các tỷ số truyền như trên ta có đồ thị cân bằng lực kéo tại các tỷ số truyền như hình 3.2 dưới đây:

Hình 3.2: Đồ thị cân bằng lực kéo ở các tỷ số truyền

Bằng phương pháp vẽ đồ thị 3.2 ta có đường tiếp tuyến với các đường cong vừa vẽ ta sẽ được đồ thị cân bằng lực kéo với tỷ số truyền thay đổi liên tục thể hiện trên hình 3.3

Hình 3.3 Đồ thị cân bằng lực kéo động cơ xăng

Căn cứ vào đồ thị lực kéo P_{động cơ} ( hình 3.5) thể hiện mối quan hệ giữa lực kéo P_{động cơ}và vận tốc v, đối chiếu với đồ thị đặc tính mô men của động cơ thể hiện mối quan hệ giữa M_e và n_e. Ta sẽ xác định được các tỷ số truyền tương ứng tại các điểm nút vận tốc được vẽ trên đồ thị lực kéo P_k. Ta có bảng giá trị:

v	2.11	3.17	3.7	4.23	5.28	6.34	7.4	8.12	10.06	14.74	20.05	21.4	23.87	26.26
pk	859	891	897	897	878	833	763	700	550	370	270	251	230	210
i_h	2.53	2.34	2.16	2	1.86	1.72	1.59	1.47	1.36	1.36	1.26	1.17	1	0.84

Bảng 3.1 : Mối quan hệ tương ứng giữa vận tốc, lực kéo và tỷ số truyền

3.4. Đường đặc tính cân bằng lực kéo chỉ động cơ điện kéo xe

Lực kéo của động cơ điện được tính theo công thức:

P_m=

v_m= 0.377

Dựa vào đồ thị đặc tính mô men ta có đồ thị cân bằng lực kéo của động cơ điện như hình 3.4 dưới đây:

Hình 3.4 Đồ thị cân bằng lực kéo động cơ điện

3.5. Kết hợp cả động cơ đốt trong và động cơ điện

Luận văn đã lựa chọn phương án thiết kế theo sơ đồ song song và sử dụng bộ kết nối mô men kiểu đai. Lực kéo tổng hợp của xe ở chế độ Hybrid là:

P_hybrid = P_{động cơ} + P_m(3.4)

Ta có đồ thị cân bằng lực kéo của xe ở chế độ hybrid như hình 3.5 dưới đây:

Hình 3.5 Đồ thị cân bằng lực kéo ở chế độ hybrid

* Nhận xét

Dựa vào đồ thị lực kéo như trên hình 3.5 ta có thể thấy, ngay khi xe chạy ở vận tốc thấp, xe hybrid đã có sự kết hợp của động cơ điện và động cơ đốt trong. Chính vì vậy, khi vận tốc của xe thấp, có thể thấy rõ sự chênh lệch của P_{động cơ} và P_hybrid. Khi vận tốc càng cao, lực kéo sinh ra (P_m)củađộng cơ điện càng giảm xuống, nên sự chênh lệch giữa P_{động cơ} và P_hybrid là không nhiều.

3.6. Xây dựng đồ thị nhân tố động lực học

Từ công thức tính nhân tố động lực học:

D = (3.5)

Ta có bảng các giá trị của nhân tố động lực học D như sau:

- Xe cơ sở:

v	2.11	3.17	3.7	4.23	5.28	6.34	7.4	8.12	10.06	14.74	20.05	21.4	23.9	26.26
p_k	859	891	897	897	878	833	763	700	550	370	270	251	230	210
p_w	0.98	2.21	3.01	3.93	6.14	8.85	12.04	14.52	22.3	48	88	101	125	152
D	0.34	0.36	0.36	0.36	0.35	0.33	0.3	0.27	0.21	0.1	0.1	0.1	0.04	0.02

Bảng 3.2 : Các giá trị nhân tố động lực học xe động cơ đốt trong

- Xe hybrid:

v	2.11	3.17	3.7	4.23	5.28	6.34	7.4	8.12	10.06	14.74	20.05	21.4	23.9	26.3
p_tổng	1009	1040	1047	1047	1041	983	897	842	644	430	320	294	261	237
p_w	0.98	2.21	3.01	3.93	6.14	8.84	12	15	22	47.8	88.4	101	125	152
D_hybrid	0.4	0.41	0.42	0.41	0.41	0.39	0.4	0.3	0.3	0.15	0.09	0.08	0.05	0.03

Bảng 3.3 : Các giá trị nhân tố động lực học xe động cơ hybrid

Từ bảng 1.5 và 1.6 ta có đồ thị nhân tố động lực học D:

Hình 3.6 Đồ thị nhân tố động lực học

* Nhận xét: Đồ thị nhân tố động lực học D (hình 3.6) cho ta thấy ở vận tốc thấp v < 10m/s có thể thấy rõ sự chênh lệch của hai đường nhân tố động lực học, sự chênh lệch giảm dần khi xe chạy ở vận tốc cao hơn.

3.7 Đồ thị gia tốc của xe v

Gia tốc của xe tăng tốc được tính như sau:

j= (3.6)

Khi tính gia tốc trên đường bằng i=0; y = f.

d_i: hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay, có thể tính theo công thức kinh nghiệm: d_i = 1.03 + a*

Chọn a = 0.05 =>i_h²

Với các giá trị i_h phụ thuộc vào vận tốc v đã được đưa ra trong bảng 3.1.

Vì D là hàm số của vận tốc, nên j cũng là một hàm tương tự. Từ các số liệu của bảng này, lập đồ thị gia tốc j=f(v) và gia tốc ngược 1/j=g(v)

Ta có bảng các giá trị v, j, 1/j của xe động cơ đốt trong:

v	2.11	3.17	3.7	4.23	5.28	6.34	7.4	8.12	10.06	14.74	20.05	21.4	23.87	26.26
j	2.39	2.57	2.7	2.74	2.73	2.63	2.4	2.23	1.7	0.97	0.47	0.36	0.2	0.03
1/j	0.42	0.39	0.4	0.36	0.37	0.38	0.4	0.45	0.59	1.03	2.11	2.74	4.94	32.11

Bảng 3.4: Giá trị gia tốc xe động cơ đốt trong

Bảng các giá trị v, j, 1/j của xe Hybrid:

v	2.11	3.17	3.7	4.23	5.28	6.34	7.4	8.12	10.06	14.74	20.05	21.4	23.87	26.26
j	2.84	3.03	3.2	3.23	3.27	3.14	2.89	2.74	2.04	1.18	0.65	0.52	0.32	0.13
1/j	0.35	0.33	0.3	0.31	0.31	0.32	0.35	0.37	0.49	0.84	1.52	1.91	3.15	7.45

Bảng 3.5: Giá trị gia tốc xe hybrid

Từ hai bảng 1.7 và 1.8 ta có đồ thị gia tốc:

Hình 3.7 Đồ thị gia tốc

Hình 3.8 Đồ thị gia tốc ngược

* Nhận xét: Qua đồ thị gia tốc( hình 3.7), ta có thể thấy tương tự như đồ thị cân bằng lực kéo, và đồ thị nhân tố động lực học. Tại vận tốc thấp ( v<10m/s), có sự chênh lệch lớn về gia tốc của hai xe, khi vận tốc càng cao, sự chênh lệch giảm dần.

3.8 Đồ thị thời gian tăng tốc của xe

Thời gian tăng tốc của xe từ tốc độ v₁ đến vận tốc v₂là:

t = (3.7)

Tích phân này có thể giải được bằng đồ thị dựa trên cơ sở đặc tính động lực học. Ta giả thiết xây dựng đồ thị f(v)=1/j. Ta lấy một phần diện tích nào đó tương ứng với khoảng biến thiên vận tốc dv, sẽ biểu thị thời gian tăng tốc của xe. Tổng cộng các diện tích này lại, ta có được thời gian tăng tốc của xe từ vận tốc v₁ đến v₂ và xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc của xe phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xe.

Bảng giá trị:

v	2.11	3.17	3.7	4.23	5.28	6.34	7.4	8.12	10.06	14.74	20.05	21.4	23.87	26.26
t động cơ	0	0.43	0.63	0.82	1.21	1.6	2.02	2.33	3.34	7.12	15.46	18.72	28.23	72.45
t hybrid	0	0.36	0.53	0.7	1.02	1.35	1.7	1.96	2.79	5.91	12.2	14.52	20.79	33.44

Bảng 3.6: giá trị thời gian tăng tốc

Hình 3.9 Đồ thị thời gian tăng tốc

* Nhận xét: Dựa vào đồ thị thời gian tăng tốc (hình 3.9), ta có thể thấy. Ở những vận tốc thấp, thời gian tăng tốc của xe cơ sở và xe hybrid không khác nhau nhiều, nhưng ở những vận tốc cao (v>10m/s) đã có sự tách biệt hẳn của hai đường đồ thị, do ở những vận tốc cao này công suất của động cơ điện lớn, hỗ trợ nhiều trong quá trình tăng tốc của xe.

3.9 Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe

Quãng đường tăng tốc của xe từ tốc độ v₁ đến vận tốc v₂là:

S = (3.8)

Tích phân này ta cũng làm theo phương pháp đã tính thời gian tăng tốc. Ta sẽ xây dựng được đồ thị quãng đường tăng tốc phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của xe:

v	2.1	3.17	3.7	4.23	5.28	6.34	7.4	8.12	10.06	14.74	20.05	21.4	23.87	26.26
s động cơ	0	0.22	0.5	0.89	1.96	3.45	5.36	6.94	12.43	36.91	96.86	119.9	178	298.17
s hybrid	0	0.19	0.43	0.75	1.66	2.91	4.53	5.86	10.46	30.82	78.92	96.95	140.6	205.36

Bảng 3.7: giá trị quãng đường tăng tốc

Hình 3.10 Đồ thị quãng đường tăng tốc

* Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 3.10, ta có thể thấy tương tự như đồ thị thời gian tăng tốc của xe, quãng đường tăng tốc có sự chênh lệch rõ hơn khi xe chạy ở vận tốc cao, nhưng sự chênh lệch này là không rõ rệt như ở đồ thị thời gian tăng tốc.

* Kết luận: Qua các đồ thị về nhân tố động lực học, gia tốc của xe, thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc. Ta có thể thấy ở những vận tốc thấp, sự sai lệch về D và j là lớn nhất. Tuy nhiên sự ảnh hưởng đến thời gian và quãng đường tăng tốc là không nhiều. Ảnh hưởng của việc gia tăng lực kéo đến thời gian và quãng đường tăng tốc sẽ phản ánh rõ nét hơn ở vận tốc cao. Mặc dù ở những vận tốc này sự chênh lệch lực kéo nhỏ hơn so với ở vận tốc thấp. Điều này được lý giải bởi đặc tính của động cơ điện: ở những vận tốc cao, công suất động cơ điện lớn, hỗ trợ rất tốt trong quá trình tăng tốc. Xe Hybrid có thời gian tăng tốc đến vận tốc v_maxnhanh hơn 54%, rút ngắn được quãng đường tăng tốc 31%.

KẾT LUẬN

Từ hai vấn đề quan trọng mà thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng hiện nay đang phải đối mặt đó là ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch.Thông qua nội dung giúp chúng ta nắm được thực trạng về nhu cầu sử dụng dòng xe tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Từ đó giới thiệu về xu hướng phát triển dòng xe tiết kiệm nhiên liệu trên thế giới và Việt Nam chính là xe sử dụng động cơ Hybrid. Một đặc trưng của các đô thị Việt Nam là phương tiện giao thông cơ giới 2 bánh chiếm tỷ trọng lớn. Ở các đô thị lớn, trong những năm qua, tỷ lệ sở hữu xe ôtô tăng nhanh, tuy nhiên lượng xe máy vẫn chiếm tỷ lệ rất lớn.

Chính vì vậy đề tài lựa chọn “ Nghiên cứu, tính toán cấu hình xe máy Hybrid” là một đề tài cấp thiết và có tính ứng dụng cao tại Việt Nam.

Nội dung đề tài đã đi sâu phân tích đặc điểm dòng xe HEVs, các ưu nhược điểm, phân tích các phương án truyền động của xe Hybrid và đưa ra phương án lựa chọn dựa trên xe cơ sở là Honda Click. Xây dựng mô hình động lực học của xe, tính toán thiết kế hệ thống truyền lực; tính toán các thông số cấu hình xe hybrid: động cơ điện, bộ kết nối mô men; tính toán sức kéo xe hybrid: xây dựng các đồ thị lực kéo, nhân tố động lực học, gia tốc, thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc. Trong quá trình, tính toán xây dựng đồ thị luận văn đưa ra được những nhận xét và kết luận:

+ Ở vận tốc thấp v< 10m/s, sự chênh lệch lực kéo, nhân tố động lực học, gia tốc của xe là rất rõ rệt. Khi vận tốc tăng cao, sự chênh lệch giảm đi do đặc tính của động cơ điện( lực kéo thấp ở tốc độ cao).

+ Tuy ở vận tốc thấp, sự chênh lệch của lực kéo, nhân tố động lực học, gia tốc của xe là lơn, nhưng sự ảnh hưởng đến thời gian, quãng đường tăng tốc của xe không nhiều. Sự chênh lệch sẽ được phản ánh rõ nét ở tốc độ cao hơn. Điều này là do đặc tính của động cơ điện, tại vận tốc cao, công suất của động cơ điện lớn, hỗ trợ tốt cho quá trình tăng tốc của xe

+ Xe Hybrid có thời gian tăng tốc đến vận tốc v_maxlà 33.4s nhanh hơn 54% so với xe cơ sở, quãng đường tăng tốc đến v_max_là205.36m rút ngắn được 31%.

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng vì thời gian có hạn, cũng như các kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài, em không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn để em hoàn thiện tốt hơn đồ án tốt nghiệp này.

Em xin chân thành cảm ơn thầy và các thầy trong bộ môn Ôtô và Xe chuyên dụng - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giúp chúng em hoàn thành luận văn của mình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tập bài giảng Thiết kế tính toán ô tô, PGS. TS. Nguyễn Trọng Hoan,
Lý thuyết ô tô máy kéo, chủ biên GS. TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn, Nxb khoa học và kỹ thuật,
Cơ sở thiết kế ô tô, PSG. TS. Nguyễn Khắc Trai, Nxb giao thông vận tải,
Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, PGS. TS. Trịnh Chất, TS. Lê Văn Uyển, Nxb giáo dục,
Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles, Mehrdad Edsami, Yimin Gao, Ali Emadi,
Hybrid vehicles and the future of personal transportation, Ellen E.Fuhs,
Electric and Hybrid cars, Curtis Anderson, Judy Anderson,
Các website tham khảo tài liệu: alibaba.com, made-in-china.com, oto-hui.com, google.com.vn ...

mã tài liệu	301300500065
nguồn	huongdandoan.com
đánh giá	5.0
mô tả	90 MB tài liệu bao gồm: 1 bản word thuyết minh ...và nhiều tài liệu liên quan kèm theo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu, tính toán cấu hình xe máy hybrid
giá	495,000 VNĐ
	download đồ án

Ngân hàng VIB
Số tài khoản: 946402200 Chủ tài khoản: Trần Minh Tuấn Chi nhánh: Quận 9, TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu, tính toán cấu hình xe máy hybrid

NỘI DUNG ĐỒ ÁN