ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPa Ứng dụng phần mềm AVL Cruise trong mô phỏng nguồn động lực trên xe Hybrid đại học GTVT
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ứng dụng phần mềm AVL Cruise trong mô phỏng nguồn động lực trên xe Hybrid đại học GTVT
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.. 4
I. Lý do chọn đề tài4
II. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài5
i) Mục đích nghiên cứu. 5
ii) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 5
III. Phương pháp nghiên cứu. 5
IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.. 7
1.1. Tổng quan về xe Hybrid. 7
1.1.1. Giới thiệu chung và nguyên nhân ra đời xe Hybrid. 7
1.1.2. Ôtô Hybrid là gì?. 8
1.1.3. Nguyên lý hoạt động Ôtô Hybrid. 9
1.1.4. Ưu điểm.. 9
1.1.5. Phương pháp truyền động. 10
1.1.6. Các bộ phận chính của ôtô Hybrid. 13
1.1.7. Tính kinh tế của xe Hybrid.14
1.2. Tổng quan về phần mềm AVL Cruise. 15
1.2.1. AVL Cruise phần mềm mô phỏng động lực xe oto. 15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG HYBRID.. 18
2.1. Các thành phần của hệ thống xe Hybrid hỗn hợp. 18
2.1.1. Động cơ 1NZ-FXE. 20
2.1.2. Hộp số Hybrid. 23
2.1.3. MG1 và MG2. 25
2.1.4. Bộ phân chia công suất (Power-Split Device)27
2.1.5. Bộ chuyển đổi DC-DC:31
2.1.6. Bộ chuyển đổi A/C:31
2.1.7. Nguồn cao áp. 32
2.2. Phương pháp điều khiển hệ thống Hybrid. 36
2.2.1. Các chế độ hoạt động. 36
2.2.2. Chiến thuật điều khiển. 40
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH XE HYBRID.. 47
3.1. Các tính năng chính. 47
3.2. Các phần mềm hỗ trợ. 48
3.3. Các thành phần, mô đun chính của phần mềm.. 48
3.4. Xây dựng mô hình. 50
3.4.1 Các bước xây dựng mô hình. 50
3.4.2 Nhập thông số Modul trên mô hình. 53
3.4.3 Thiết lập chế độ chạy và chu trình thử. 61
3.5 . So sánh các kết quả mô phỏng khi động cơ được lắp trên xe thường và xe hybrid. 63
3.5.1 So sánh kết quả mô phỏng 2 mô hình. 65
3.5.2 Kết quả tổng thể 2 mô hình xe.71
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 74
MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Phương tiện giao thông là nguồn phát thải ô nhiễm không khí quan trọng nhất hiện nay. Vì vậy, phương tiện giao thông không gây ô nhiễm ZEV(zero emission vehicle) từ lâu đã là mục tiêu nghiên cứu của các nhà khoa học. Nhiều giải pháp đã được đưa ra cả về mặt hoàn thiện kết cấu động cơ lẫn tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống để giảm mức độ phát thải ô nhiễm. Các nghiên cứu này trở nên bức thiết khi nguồn dầu lửa ngày càng cạn kiệt, giá dầu thô thay đổi thất thường và dường như không còn được kiểm soát bằng những giải pháp truyền thống mà thế giới đã dùng trong hơn thế kỷ qua.
Cùng xu hướng phát triển của các ngành khoa học và công nghệ, trong thời gian qua ngành công nghiệp ô tô thế giới đã không ngừng được nghiên cứu phát triển và ứng dụng các công nghệ mới và hiện đại để đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải ngày càng ngặt nghèo cũng như yêu cầu cao về tiêu thụ nhiên liệu đối với các dòng xe mới. Hybrid đang là xu thế phát triển trên các dòng xe hiện nay. Cùng với xu hướng đó Việt Nam đã xuất hiện nhiều dòng xe hybrid của các hãng. Tuy nhiên đây là công nghệ mới, hiện đại, phức tạp, đặc biệt công nghệ hybrid vẫn là bí mật của các hãng. Chính vì vậy đã ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình sử dụng, sửa chữa và bảo dưỡng các dòng xe này.
Để từng bước làm chủ công nghệ cũng như nâng cao hiệu quả khai thác dòng xe hybrid, hiện nay trong nước đã có một số nghiên cứu về vấn đề này tuy nhiên chưa nhiều.
Chính vì vậy mà em đã chọn đề tài “Ứng dụng phần mềm AVL Cruise trong mô phỏng nguồn động lực trên xe Hybrid ”.
II. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
i) Mục đích nghiên cứu
- Nắm vững cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động của dòng xe Hybrid.
- Xây dựng mô hình mô phỏng xe lai kiểu hỗn hợp trên phần mềm AVL CRUISE
- Điều khiển và chạy được mô hình đó phú hợp với chu trình thử nghiệm.
ii) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Xe ô tô hybrid 5 chỗ ngồi và được sử dụng hai nguồn động lực là động cơ xăng và động cơ điện.
- Nghiên cứu được thực hiện trên Ứng dụng AVL Cruise.
Phạm vi nghiên cứu:
- Chỉ mô phỏng trên AVL CRUISE, chưa tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm.
- Sử dụng cơ sở lí thuyết của các nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng mô hình mới.
- Tính toán những thông số cần thiết đến mô hình hoặc tham khảo từ những thông số xe có sẵn trên thực tế để tiến hành mô phỏng.
- Sử dụng AVL CRUISE để xây dựng mô hình theo các chu trình thực nghiệm.
III. Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phần mềm AVL-Cruise để mô phỏng hệ động lực xe hybrid.
IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Đã xây dựng thành công mô hình xe hybrid và xe ô tô sử dụng động cơ đốt trong thông thường trên phần mềm AVL-Cruise và thực hiện chạy mô phỏng theo chu trình thử NEDC để đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật, mức tiêu hao nhiên liệu và phát thải.
- Kết quả của đề tài là cơ sở bước đầu sử dụng phần mền AVL - Cruise để mô phỏng hệ động lực hybrid góp phần từng bước làm chủ về công nghệ xe hybrid
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về xe Hybrid
1.2.
1.3.
1.1.1. Giới thiệu chung và nguyên nhân ra đời xe Hybrid
Được phát minh vào khoảng 300 năm trước bởi nhà phát minh người Pháp Nicolas - Joseph Cugnot (1725-1804), xe ô tô ngày nay đã trở thành một trong những phương tiện giao thông không thể thiếu trong xã hội loài người. Cũng chính vì thế mà tình trạng ô nhiễm không khí trầm trọng do khí thải từ động cơ ô tô đang là một trong những vấn đề nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay.
Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô này.
Để có thể giảm thiểu được ô nhiễm môi trường từ ô tô, từ lâu đã có nhiều giải pháp kỹ thuật mang nhiều hứa hẹn như: ô tô chạy điện, ô tô dùng pin nhiên liệu, động cơ khí nén v.v... Tuy nhiên, những công nghệ kể trên vẫn chưa thể đưa vào sử dụng được vì còn nhiều giới hạn về công nghệ. Đối với ô tô chạy điện, việc nạp lại pin cần đến ít nhất 4 giờ đồng hồ, khuyết điểm này giới hạn tầm sử dụng của ô tô chạy điện. Đối với công nghệ fuel cell, hydro lỏng phải được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp; vì thế chỉ có thể thích hợp với những quốc gia có khí hậu băng giá. Cả hai cộng nghệ trên cùng vướng phải một vấn đề chung đó là phải xây dựng lại toàn bộ hệ thống cơ sở cung cấp nhiên liệu. Những sự giới hạn trên của hai công nghệ tương lai này tạo ra một khoảng trống giữa nhu cầu bảo về môi trường và công nghệ ô tô truyền thống.
Gần đây một kỹ thuật chế tạo ô tô mới đã được ra đời nhằm phần nào tiết kiệm nguồn năng lượng không tái sinh được (dầu hỏa) cũng như bảo vệ môi trường trong lúc công nghệ fuel cell và pin điện được hoàn chỉnh. Công nghệ Hybrid là một giải pháp được coi là thành công hiện nay và đã được đưa vào thị trường rộng rải ở các nước phát triển như các nước châu Âu, châu Mỹ và Nhật Bản v.v...
Hình1.1 Cấu tạo một chiếc xe Hybrid
Ngành công nghiệp ôtô trên thế giới đang đứng trước một câu hỏi lớn: Làm thế nào để sản xuất được loại xe ôtô không làm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng? Ôtô Hydro, ôtô điện, ôtô pin mặt trời... đều không dễ thực hiện. Nhưng giờ đây ôtô Hybrid - dòng ôtô dùng nguồn năng lượng tổ hợp - đã trả lời câu hỏi hóc búa trên. Ôtô HYBRID giảm hẳn lượng khí thải độc hại và giảm tới một nửa lượng tiêu thụ nhiên liệu.
1.1.2. Ôtô Hybrid là gì?
Hybrid nghĩa là lai, ôtô Hybrid (Hybrid Electric Vehicle-HEV) là dòng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Theo Bách Khoa Toàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện Giao Thông Ghép, là một phương tiện giao thông mà được động lực bằng hai nguồn năng lượng trở lên. Ví dụ như sự kết hợp giữa: Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được (Rechargeable Energy Storage System hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được) và Nguồn Năng Lượng Nhiên Liệu (Xăng, dầu diesel v.v...)
Xe đạp bằng sức người với sự trợ giúp của động cơ điện ví dụ như xe đạp điện chẳng hạng. Tàu buồm kết hợp với mô-tơ điện.
Động cơ Hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau.
Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đến Phương Tiện Giao Thông Ghép kết hợp năng lượng từ điện và xăng (Petroleum Electric Hybrid Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PEHV, và cũng có thể được viết tắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle). Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việt thường dùng ta có thể gọi là “Xe lai”, hay tiếng Anh là Hybrid Car.
1.1.3. Nguyên lý hoạt động Ôtô Hybrid
Ôtô Hybrid hoạt động theo nguyên tắc: Động cơ điện được sử dụng để khởi động xe, trong đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ. Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe gia tốc hoặc leo dốc. Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy. Không giống như các phương tiện sử dụng động cơ điện khác, động cơ Hybrid không cần nguồn điện bên ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy. Với sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ Hybrid được mở rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu suất tổ hợp động cơ cao, mô-mem lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
1.1.4. Ưu điểm
Tổ hợp động cơ Hybrid có những ưu điểm sau:
Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ, động cơ điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận dụng để tạo ra dòng điện nạp cho ắc-quy.
Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động cơ Hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn nhiều so với động cơ đốt trong thông thường, chỉ bằng một nửa).
Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ nên động cơ đốt trong có kích thước nhỏ gọn.
Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ôtô. Có thể chạy xa và mạnh mẽ được giống như những ô tô chạy xăng bình thường.
Ô tô Hybrid vẫn dùng xăng làm nhiên liệu nên người vận hành không phải lo việc nạp điện, thông thường tốn rất nhiều thời gian.
Ô tô Hybrid ít gây ô nhiễm môi trường hơn ô tô chạy xăng bình thường bởi vì động cơ điện có hiệu xuất cao hơn nhiều so với động cơ xăng. Động cơ -Hybrid thường tiết kiệm hơn 100% so với động cơ xăng truyền thống.
1.1.5. Phương pháp truyền động
Theo phương pháp truyền động, có thể chia động cơ Hybrid thành 2 loại chính: tổ hợp ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song song, Hệ thống Hybrid kết hợp (nối tiếp/song song)
- Tổ hợp ghép nối tiếp
Hybrid nối tiếp: Đối với loại hệ thống này, nguồn động lực chính xoay bánh xe là động cơ điện. Trong khi động cơ chỉ làm nhiệm vụ phát ra điện để nạp pin và cung cấp cho động cơ điện.
Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong (động cơ xăng, động cơ diesel hoặc pin nhiên liệu) kéo máy phát cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng là quay rô-to của máy phát tạo ra điện năng và từ điện năng lại chuyển sang cơ năng làm quay bánh xe.
Ưu điểm của sơ đồ này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường; Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô; Sơ đồ này có thể không cần hộp số.
Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như: Kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song; động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc-quy nên dễ bị quá tải.
Hình 1.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp
- Tổ hợp ghép song song
Hybrid song song: Đối với loại hệ thống này, cả hai nguồn động lực (điện và xăng) đều được kết nối trực tiếp vào bánh xe và có thể truyền động lực một cách độc lập hoặc đồng thời. Nói một cách đơn giản là bánh xe có thể được xoay một cách riêng biệt bằng động cơ điện hoặc động cơ xăng, hoặc cả hai. Động cơ điện có hai chức năng chính. Chức năng thứ nhất là chuyển hóa điện năng được cung cấp từ pin điện thành cơ năng. Chức năng thứ hai là chuyển hóa ngược lại từ cơ năng thành điện năng để nạp lại cho pin. Hầu hết các hãng sản xuất Ô tô Hybrid hiện nay đều thiết kế theo cách này vì có thể tận dụng cả hai nguồn năng lượng một cách hiệu quả nhất.
Trong sơ đồ này, ngoài sự liên hệ cơ khí trực tiếp giữa động cơ đốt trong và bánh xe như ôtô thông thường còn có thêm động cơ điện truyền động đến bánh xe. Khi ôtô chạy trên xa lộ, nguồn dẫn động chủ yếu sẽ là động cơ đốt trong, động cơ điện sẽ dùng khi gia tốc ôtô còn khi chạy trong thành phố nguồn dẫn động chủ yếu là động cơ điện.
Hình1.3 Sơ đồ truyền động kiểu song song
Sơ đồ này có ưu điểm là: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng, không cần dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán, lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian. Động cơ điện được sử dụng ở đây là loại đặc biệt có tính năng lưỡng dụng, nó có thể khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy, cung cấp năng lượng trong trường hợp xe cần gia tốc hoặc lên dốc.
- Hệ thống Hybrid hỗn hợp
Hệ thống này kết hợp hệ thống nối tiếp với hệ thống song song nhằm để cực đại hoá các sự giúp ích của hai hệ thống. Nó có hai môtơ, và tuỳ thuộc vào điều kiện dẩn động, chỉ dùng môtơ điện hoặc công suất dẩn động từ cả môtơ điện và động cơ, nhằm để đạt được mức hiệu suất cao nhất. Hơn nữa, khi cần thiết, hệ thống dẩn động các bánh xe trong lúc đồng thời đang phát điện dùng một máy phát. Đây là hệ thống đã dùng ở xe Hybrid Prius và xe Hybrid Estima.
Hình1.4 Sơ dồ truyền động kiểu hỗn hợp
1.1.6. Các bộ phận chính của ôtô Hybrid
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ làm mát động cơ đốt trong, nhiên liệu và ắc quy. Nhiệt của nước làm mát có thể sử dụng để sấy sóng cabin xe ở vùng nhiệt độ thấp hoặc dùng cho các thiết bị nhiệt khác.
Động cơ điện: nhận năng lượng điện tử ắc quy, chuyển thành năng lượng cơ khí dẫn động bánh xe. Ưu điểm của động cơ điện là cho mô-men lớn ở số vòng quay nhỏ, hoạt động êm, hiệu suất cao.
Hộp số: Ôtô Hybrid có thể dùng nhiều loại hộp số khác nhau. Bốn loại hộp số thường dùng là: hộp số vô cấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số tự động thông thường với bộ chuyển đổi mô-men.
Hệ thống xử lý khí xả: khí thải của động cơ ôtô luôn là vấn đề được đặt ra. Ôtô Hybrid có thể giảm lượng khí thải do tốn ít nhiên liệu, sử dụng những nguồn nhiên liệu sạch, cải tiến chất lượng của động cơ và công nghệ xử lý khí thải.
Bộ phận điều khiển: điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.
Pin : là một thành phần quan trọng của động cơ Hybrid, đảm bảo các yêu cầu như tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao. Hiện nay thường sử dụng hai loại ắc quy ino-lithium và polyme-lithium có nhiều triển vọng áp dụng cho xe Hybrid.
Hình1.5 Các bộ phận chính trên xe Hybrid
1.1.7. Tính kinh tế của xe Hybrid.
Tiết kiệm năng lượng trên đường trường: Khi vận hành ô tô Hybrid trên đường trường, nguồn động lực chính lại là động cơ máy nổ bởi vì động cơ máy nổ đạt hiệu xuất cao hơn khi chạy đường dài cũng như mạnh mẽ hơn động cơ điện. Cách thiết kế này giúp ô tô Hybrid đạt được gia tốc mạnh và vận tốc cao tương tự như các loại ô tô truyền thống khác.
Thu hồi năng lượng: Ngoài tiết kiệm năng lượng trong quá trình chuyển hóa năng lượng từ nhiên liệu sang cơ năng một cách hiệu quả hơn, ô tô Hybrid còn được thiết kế nhằm thu hồi lượng năng lượng bị hao phí qua quá trình vận hành. Đối với ô tô thông thường khi được hãm lại, năng lượng được chuyển hóa từ cơ năng sang nhiệt năng làm nóng đĩa thắng (rotor). Đối với ô tô Hybrid, cơ năng có thể được chuyển hóa thành điện năng và nạp lại vào pin điện, vì thế rất nhiều năng lượng hao phí trong quá trình vận hành xe được thu hồi vào tái sử dụng. Tuy nhiên ô tô Hybrid vẫn được trang bị bộ thắng đĩa (break pad) như ô tô thông thường trong trường hợp người lái cần hãm khẩn cấp.
Giới hạn: Khuyết điểm chính của công nghệ Hybrid là hệ thống Pin Nạp Lại Được (Rechargable Battery). Giá thành của mỗi bộ pin này rất đắt là một điều đáng ngại đối với người dùng, nhất là những người dùng ô tô Hybrid cũ; giá trị trung bình mỗi bộ pin này là trên dưới năm nghìn dollar. Tuy nhiên, các nhà sản xuất đã vẫn đang nghiên cứu và phát triển nhiều giải pháp cho vấn đề này như: tái chế pin cũ, phát triển kỹ thuật pin mới, nâng cao tuổi thọ của pin v.v... hứa hẹn mang lại nhiều cải tiến mới, giảm giá thành sản phẩm, đưa kỹ thuật Hybrid đến với nhiều tầng lớp người dân có thu nhập thấp trong xã hội nhằm mục đích thay thế dần những phương tiện giao thông cũ, giảm thiểu lượng khí thải gây ô nhiễm môi sinh.
1.2. Tổng quan về phần mềm AVL Cruise
1.2.1. AVL Cruise phần mềm mô phỏng động lực xe oto
AVL CRUISE là gói mô phỏng hỗ trợ các nhiệm vụ hàng ngày trong hệ thống xe và phân tích đường truyền trong tất cả các giai đoạn phát triển, từ lập kế hoạch khái niệm, đến khởi chạy và hơn thế nữa. Ứng dụng của nó bao gồm tất cả các hệ thống truyền động xe thông thường thông qua các hệ thống HEV tiên tiến.
Một cách tiếp cận mô hình vật lý hướng đối tượng làm cho các cấu trúc liên kết hệ thống truyền động HÀNH TRÌNH phản ánh các đối tác thực tế. Chương trình cung cấp sự linh hoạt để xây dựng một mô hình hệ thống duy nhất, sau đó có thể được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng đa dạng trong hệ thống truyền động và phát triển. Bắt đầu chỉ với một vài yếu tố đầu vào trong giai đoạn đầu, mô hình trưởng thành trong quá trình phát triển theo nhu cầu mô phỏng ngày càng tăng liên tục.
- Các ứng dụng AVL CRUISE
- AVL thường được sử dụng trong phát triển hệ thống truyền động và động cơ để tối ưu hóa hệ thống xe bao gồm ô tô, xe buýt, xe tải và xe hybrid, các thành phần và chiến lược điều khiển của nó liên quan đến:
- Tiêu thụ nhiên liệu và khí thải cho bất kỳ chu kỳ lái xe hoặc hồ sơ.
- Lái xe hiệu suất để tăng tốc, leo đồi, lực kéo, phanh.
- AVL CRUISE cũng được sử dụng cho các nhiệm vụ như:
- Đánh giá các khái niệm xe mới như hệ thống truyền động hybrid.
- Phân tích các bố cục hộp số tiêu chuẩn và mới như DCT và AMT.
- Phân tích dao động xoắn của đường truyền đàn hồi (dưới tải trọng động).
- Thúc đẩy đánh giá chất lượng của các sự kiện thoáng qua như chuyển số và khởi động.
- Quản lý nhiệt xe.
- Phân tích dòng năng lượng, phân tích sự phân chia công suất và tổn thất trong các thành phần.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG HYBRID
Hệ thống Hybrid System kiểu hỗn hợp có 2 nguồn dẫn động: động cơ xăng và mô tơ điện. Hệ thống điều khiển Hybrid lựa chọn sự kết hợp tốt nhất của hai nguồn dẫn động trên tương ứng với những điều kiện lái.
Hình 2.1 Cấu trúc của hệ thống
2.1. Các thành phần của hệ thống xe Hybrid hỗn hợp
+ Hộp số Hybrid bao gồm MG1, MG2 và cụm bánh răng hành tinh.
+ Động cơ 1NZ-FXE.
+ Cụm bộ chuyển đổi bao gồm: một bộ chuyển đổi DC-DC, và một bộ chuyển đổi A/C.
+ ECU HV, tập hợp tín hiệu từ các cảm biến và gởi kết quả tính toán đến ECM, cụm biến đổi, ECU ắc quy, ECU để điều khiển hệ thống Hybrid.
+ Cảm biến vị trí số.
+ Cảm biến vị trí bàn đạp ga, biến đổi góc mở bướm ga thành tín hiệu điện.
+ ECU điều khiển trượt, điều khiển phanh tái sinh.
+ ECM
+ ECU ắc quy, kiểm tra tình trạng nạp của ắc quy HV và điều khiển sự hoạt động của quạt làm mát.
+ SMR (System Main Relay), nối và ngắt mạch công suất cao áp.
+ Ắc qui phụ, lưu trữ 12V DC cho hệ thống điều khiển xe.
Lựa chọn xe tham khảo là xe Prius 2010 với thông số sau
2.1.1. Động cơ 1NZ-FXE
Hình 2.2 Động cơ 1NZ-FXE
1NZ-FXE là một trong hai nguồn công suất của xe Prius. 1NZ-FXE là một động cơ thẳng hàng 4 xy lanh 1.5l với hệ thống VVT-I (hệ thống điều khiển thời điểm nạp thông minh) và hệ thống ETCS-I (hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh). 1NZ-FXE bao gồm một số sự điều chỉnh giúp đặc tính cân đối, tính kinh tế về nhiên liệu và khí thải được sạch hơn đối với xe Hybrid.
Một dạng độc đáo của động cơ 1NZ-FXE đó là thời điểm phối khí chu trình Atkinson cho phép động cơ giảm khí thải nhờ vào sự thay đổi mối tương quan giữa thì nén và thì giãn nỡ. Một đặc trưng khác được đưa vào trên các xe hybdrid thế hệ ’04 về sau là hệ thống tích nhiệt cho nước làm mát. Nó thu hồi nước nóng từ động cơ và chứa chúng trong một thùng cách nhiệt và giữ nhiệt nóng lên đến ba ngày. Về sau, một bơm điện luân chuyển nước nóng xuyên qua động cơ để giảm khí thải HC tại thời điểm động cơ còn lạnh (lúc khởi động).
vĐặc điểm thông số kỹ thuật:
|
Loại động cơ |
1NZ-FXE |
||
|
Số lượng xi lanh và cách bố trí |
4-xi lanh, thẳng hàng |
||
|
Cơ cấu van |
16 van DOHC, xích dẫn động ( với VVT-i) |
||
|
Buồng đốt |
Kiểu vát nghiêng |
||
|
Đường ống nạp |
Dòng chéo |
||
|
Hệ thống nhiên liệu |
SFI |
||
|
Thể tích công tác cm3(cu.in) Đường kính x hành trình mm (in) |
1497(91.3) |
||
|
75.0 x 84.7 (2.95 x 3.33) |
|||
|
Tỉ số nén |
13.0 : 1 |
||
|
Công suất cực đại (SEA-NET) |
57kW tại 5000 v/p (76 HP tại 5000 v/p) |
||
|
Mômen cực đại (SEA-NET) |
111 N.m tại 4200 v/p (82 ft.1bf tại 4200 v/p) |
||
|
Thời điểm đóng mở van |
Van nạp |
Mở |
18o --- -15o BTDC |
|
đóng |
72o --- 105o ABDC |
||
|
Van xả |
Mở |
34o BBDC |
|
|
đóng |
2o ATDC |
||
|
Thứ tự đánh lửa |
1-3-4-2 |
||
|
Trị số ốc tan xác định theo phương pháp nghiên cứu RON |
91 hoặc cao hơn |
||
|
Trị số ốc tan |
87 hoặc cao hơn |
||
|
Cấp dầu |
API SJ, SL, EC hoặc ILSAC |
||
|
Tuần hoàn khí thải ống pô |
SULEV |
||
|
Tuần hoàn khí thải bay hơi |
AT-PZEV, ORVR |
||
Bảng 2.3 Đặc điểm thông số kỹ thuật của động cơ 1NZ-FXE
2.1.2. Hộp số Hybrid
Bao gồm:
+ Một cụm bánh răng hành tinh, cung cấp tỉ số truyền vô cấp và điều khiển như một bộ phân chia công suất.
+ Một bộ giảm tốc bao gồm bộ truyền động xích, bộ bánh răng giảm tốc và bộ truyền lực cuối cùng.
+ Bộ vi sai.
Hình 2.4 Hộp số Hybrid
vThông số kĩ thuật của hộp số Hybrid:
|
Loại hộp số |
P111 đời Prius 2010 |
|
|
|
Bộ bánh răng hành tinh |
Số răng của bánh răng mặt trời |
78 |
|
|
Số răng của bánh răng hành tinh |
23 |
||
|
Số răng của bánh răng bao |
30 |
||
|
Tỉ số truyền của bộ vi sai |
3.905 |
||
|
Xích dẫn động |
Số mắt xích |
74 |
|
|
Bánh xích chủ động |
39 |
||
|
Bánh xích bị động |
36 |
||
|
Bộ bánh răng giảm tốc |
Bánh răng chủ động |
30 |
|
|
Bánh răng bị động |
44 |
||
|
Bộ truyền động cuối cùng |
Bánh răng chủ động |
26 |
|
|
Bánh răng bị động |
75 |
||
|
Dung tích dầu |
Lít(US qts, Imp qts) |
4.6(4.9, 4.0) |
|
|
Loại dầu |
ATF T-IV hoặc đẳng trị |
||
Bảng 2.5 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid
2.1.3. MG1 và MG2
- Cả MG1 và MG2 có kích thướt nhỏ, trọng lượng nhẹ, đạt hiệu quả cao của loại mô tơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu xoay chiều 3 pha.
- Chức năng của MG1 và MG2 kết hợp hiệu quả cao cả máy phát đồng bộ xoay chiều và mô tơ điện. MG1 và MG2 hoạt động như nguồn cung cấp hỗ trợ lực kéo giúp động cơ xăng khi cần thiết.
- MG1: nạp lại cho ắc qui HV và cung cấp điện năng dẫn động MG2. Ngoài ra bằng việc điều chỉnh lượng điện năng phát ra, MG1 điều khiển hiệu quả sự truyền động vô cấp. MG1 cũng làm việc như một máy khởi động.
- MG2: MG2 và động cơ xăng làm việc lẫn nhau để dẫn động bánh xe, ngoài ra đặc tính mômen lớn hơn của MG2 giúp đạt được hoạt động động lực học tối ưu. Trong thời gian phanh tái sinh, MG2 biến đổi động năng thành năng lượng điện lưu trữ trong ắc qui HV. MG2 hoạt động như một máy phát.
- Một hệ thống làm mát thông qua bơm nước làm mát MG1 và MG2.
vThông số kỹ thuật của MG1:
|
Loại động cơ |
Động cơ nam châm vĩnh cữu |
|
Chức năng |
Máy phát; máy khởi động |
|
Điện áp cực đại (V) |
AC 273.6 |
|
Hệ thống làm mát |
Làm mát bằng nước |
Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của MG1
vThông số kỹ thuật của MG2:
|
Loại động cơ |
Động cơ nam châm vĩnh cữu |
|
Chức năng |
Máy phát; dẫn động bánh xe |
|
Điện áp cực đại (v) |
AC 273.6 |
|
Công suất cực đại kW(PS)/(v/p) |
33(45)/1040-5600 |
|
Mômen cực đại N.m(Kgf.m)/(v/p) |
400(35.7)/0-400 |
|
Hệ thống làm mát |
Làm mát bằng nước |
Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của MG2
v Sơ đồ hệ thống:
Hình2.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2
2.1.4. Bộ phân chia công suất (Power-Split Device)
- Trái tim của hệ thống Hybrid là một thiết bị nhỏ gọn được gọi là bộ phân chia công suất PSD (Power Split Device). PSD là bộ bánh răng hành tinh có kết cấu giống như bộ bánh răng hành tinh của hộp số tự động nhưng hoạt động thì khác hoàn toàn.
- Sự sắp xếp của các bánh răng hành tinh trong bộ phân chia công suất và cách ăn khớp giữa các bánh răng với nhau. Bánh răng ở trung tâm gọi là bánh răng mặt trời, các bánh răng bao xung quanh nó gọi là bánh răng hành tinh, các trục của bánh răng hành tinh được cố định với cần dẫn và nó quay xung quanh tâm của bánh răng mặt trời. Tất cả bánh răng hành tinh đều có kích thước bằng nhau và có cùng khoảng cách so với tâm quay.Vòng răng ở ngoài cùng gọi là bánh răng bao, nó ăn khớp với các bánh răng hành tinh.
Hình2.6 Bộ bánh răng hành tinh
- Trong hệ thống Hybrid. Bộ bánh răng hành tinh dùng để phân chia công suất. Động cơ đốt trong (ICE) được kết nối với cần dẫn, mô tơ máy phát 1 (MG1) được kết nối với bánh răng mặt trời và mô tơ máy phát 2 (MG2) được kết nối với bánh răng bao.
- Tất cả các bánh răng trên đều quay tròn khác nhau và tốc độ thay đổi. Theo kiểu này thì tốc độ của ICE và MG2 có thể thay đổi. MG2 vừa là mô tơ vừa là máy phát có tốc độ thay đổi lớn đến 6,500 v/p, MG2 được kết nối với các bánh xe chủ động qua hệ thống truyền động. Khi tốc độ lực truyền từ MG2 đến vòng răng thay đổi thì tốc độ của xe sẽ thay đổi, trong khi nếu thay đổi tốc độ trực tiếp của ICE (MG2=0) thì tốc độ của xe không trực tiếp thay đổi. ICE có thể quay chậm hoặc nhanh tùy thuộc vào công suất cần thiết phải phát ra và khi có sức cản hoặc sự trợ giúp từ động cơ máy phát thì xe có thể chạy trong suốt quá trình động cơ hoạt động.
- Tốc độ quay của MG1, MG2 và ICE phụ thuộc lẫn nhau. Tốc độ quay của MG1 sẽ thay đổi khi thay đổi MG2 hoặc ICE hoặc thay đổi cả hai. Tốc độ MG1 có thể đạt tới 10,000 v/p.
- ICE bị giới hạn tốc độ giữa 800 v/p đến 4,500 v/p. Nó cũng có thể dừng hẳn, nhưng ở tốc độ khoảng từ 0 đến 800 v/p thì ICE không thể hoạt động có hiệu quả. ECU nhận biết và nó dừng ICE. ICE sẽ được khởi động trở lại bởi MG1 khi cần công suất cao hơn hoặc số vòng quay cao hơn.
- Động cơ đốt trong ICE được kết nối với cần dẫn. Khi cần dẫn quay, các bánh răng hành tinh ăn khớp có xu hướng tác động đến bánh răng mặt trời và bánh răng bao làm bánh răng mặt trời và bánh răng bao quay cùng chiều với nó. Bằng cách lựa chọn cẩn thận số răng của bánh răng mặt trời và bánh răng bao. Hãng Toyota tìm được kích thước bộ phân chia công suất hợp lý, qua đó xác lập tỉ lệ phân phối là 72% mô men truyền đến bánh răng bao và 28% mô men truyền đến bánh răng mặt trời.
Tính toán:
Mối quan hệ về vận tốc góc, moment xoắn trong bộ phân chia công suất:
vVận tốc góc:
Hình2.7 Bộ phận chia công suất
Trong đó: ny, ns, nr lần lượt là vận tốc góc của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng bao.
vMoment xoắn:
vBảng 2.11 Mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ phân chia công suất
Ty = -kysTs = -kyrTr
Trong đó: Ty, Ts, Tr lần lượt là moment xoắn của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng bao. Và kys = 1+ig ; kyr =
Khi một trong các bộ phận bộ bánh răng hành tinh bị khóa, lúc này nó bộ bánh răng hành tinh sẽ trở thành bộ bánh răng thường với một đầu vào và một đầu ra. Mối quan hệ đó được biểu diễn dưới đây:
|
Thành phần |
Tốc độ |
Moment |
|
Bánh răng mặt trời |
||
|
Bánh răng bao |
||
|
Cần dẫn |
Đối với xe lai kiểu hỗn hợp sử dụng bộ bánh răng hành tinh làm khớp nối tốc độ, sẽ có rất nhiều lựa chọn khác nhau trong việc kết nối các bộ phận của bộ bánh răng hành tinh đến hệ thống truyền động: đến hệ thống truyền động:
Tuy nhiên, qua tính toán việc kết nối động cơ-cần dẫn, bánh răng bao-bánh xe chủ động, bánh răng mặt trời-motor sẽ là sự lựa chọn hợp lý. Ở cách kết nối này, động cơ sẽ hoạt động tối ưu, giảm được kích thước của motor/máy phát, tiết kiệm chi phí, hiệu suất hoạt động tốt.
Lúc này, moment xoắn của động cơ (Te) , motor (Tm) sẽ có mối liên hệ: Te = -kysTm
|
Tốc độ xe |
Công suất |
Tốc độ quay động cơ |
Tốc độ quay MG1 |
|
40 km/giờ |
3.6kW |
1,300 vòng/phút |
- 1,470 vòng/phút |
|
50 km/giờ |
5.9kW |
1,500 vòng/phút |
- 2,003 vòng/phút |
|
60 km/giờ |
9.2kW |
2,500 vòng/phút |
- 3,050 vòng/phút |
Bảng 2.12 Mối liên hệ giữa tốc độ xe và công suất ứng với tốc độ quay động cơ và mô tơ
2.1.5. Bộ chuyển đổi DC-DC:
- Nguồn điện cung cấp cho những thiết bị phụ thêm của xe (như là đèn, hệ thống âm thanh, quạt làm mát A/C, ECUs,...) thì được dựa trên hệ thống nguồn một chiều 12V.
điện áp đầu ra máy phát THS-II là 201.6V DC. Bộ chuyển đổi biến đổi điện áp từ 201.6V DC thành 12V DC nạp vào ắc qui phụ.
Hình 2.13 Bộ chuyển đổi DC-DC
2.1.6. Bộ chuyển đổi A/C:
Cụm bộ chuyển đổi bao gồm 1 bộ chuyển đổi dành riêng cho hệ thống điều hòa không khí để biến đổi điện áp một chiều ắc qui HV 201.6V thành điên áp xoay chiều 201.6V cung cấp cho máy nén điện của hệ thống điều hòa không khí.
2.1.7. Nguồn cao áp
2.1.7.1. Tổng quan
- Công nghệ ắc quy Niken-kim loại hydrua đã phát triển cho hệ thống Hybrid cung cấp cả về mật độ công suất và độ bền tốt nhất, trọng lượng nhẹ thích hợp với những đặc điểm của hệ thống Hybrid. Hệ thống Hybrid điều khiển tỉ lệ nạp và phóng để giữ cho ắc quy HV ở tình trạng nạp ổn định.
- Ắc quy HV, ECU ắc quy, và rơ le chính của hệ thống (SMR: System Main Relay) được bọc kín trong một thùng tín hiệu và được đặt trong khoang hành lí phía sau chổ ngồi sau để đảm bảo hiệu quả khoảng không gian xe.
- Một bộ nối điện dùng để ngắt mạch điện được lắp ráp ở chổ giữa 28 mô đun.(giữa môđun 19 và môđun 20). Trước khi bảo dưỡng bất kì thành phần nào của mạch điện cao áp, phải bảo đảm tháo bộ nối điện.
- Đảm bảo tính năng hoạt động của ắc quy HV tính đến nhiệt được tạo ra trong ắc quy trong thời gian nạp và phóng, ECU ắc quy điều khiển hoạt động của quạt làm mát.
- Ắc quy HV của Prius thế hệ 04 bao gồm 168 ngăn (1.2V x 6 ngăn) x 28 môđun) với điện áp là 201.6V.
- Sự kết nối giữa các ngăn của ắc quy HV được mắc song song với nhau. Do vậy điện trở bên trong của ắc quy cũng được giảm đi nhờ cải tiến này.
Hình 2.15 Cấu trúc bộ nguồn cao áp
2.1.7.2. Cáp nguồn
- Là một cáp điện áp cao, dòng điện cao áp dùng kết nối ắc qui HV với bộ chuyển đổi và bộ chuyển đổi với MG2. Prius thế hệ 04 trở về sau, cáp nguồn kết nối bộ chuyển đổi với máy nén A/C.
- Cáp nguồn được định vị phía dưới chỗ ngồi sau, qua bảng điều khiển sàn dọc phía dưới cốt sàn xe. Bộ dây dẫn 12V DC từ 1 định vị tương tự từ ắc qui phụ tới phía trước của xe.
- Cáp nguồn được bảo vệ để làm giảm nhiễu điện từ. Để thuận lợi cho mục đích nhận dạng thì bộ dây dẫn cao áp và đầu nối được định dạng bằng màu cam để phân biệt chúng với dây dẫn hạ áp thông thường.
Hình 2.16 Cáp nguồn
2.1.7.3. pin nikel-kim loại hydrua HV:
- Sử dụng loại Niken- kim loại hydrua (ắc qui hydrua kim lọai kiềm (NiNH)). Công nghệ ắc qui giống như điện thoại và máy tính xách tay.
- Bộ ắc qui HV gồm 6 ngăn Niken-kim loại hydrua 1.2V được mắc nối tiếp tạo thành 1 môđun.
- 28 môđun được kết nối cho điện áp định mức 201.6V. Những ngăn được kết nối song song để làm nhỏ điện trở bên trong của ắc qui.
- Bản điện cực trong ắc qui HV làm từ Niken xốp và hỗn hợp kim loại hydrua.
-
Điện năng được lưu trữ trong ắc qui được phục hồi bởi MG2 trong thời gian phanh tái sinh và tạo năng lượng bởi MG1. Ắc qui cung cấp điện đến mô tơ điện khi đã khởi động hoặc khi cần tăng công suất.
Hình 2.17 Ắc qui HV
2.1.7.4. ECU pin
Chức năng
Hình 2.18 ECU pin Prius thế hệ 04 về sau
- Đánh giá tỉ lệ dòng nạp/phóng và công suất nạp và phóng yêu cầu đến ECU HV để duy trì tình trạng nạp ở mức trung tâm.
- Đánh giá lượng nhiệt phát ra trong thời gian nạp và phóng, và điều chỉnh quạt làm mát để duy trì nhiệt độ pin HV.
- Kiểm tra nhiệt độ và điện áp của ắc qui và nếu có sự sai chức năng được tìm thấy, thì có thể ngăn chặn hoặc dừng việc nạp và phóng để bảo vệ pin.
- Trạng thái nạp: (SOC)
- ECU pin kiểm tra sự ổn định của nhiệt độ, điện áp, dòng điện của pinHV. Nó cũng kiểm tra sự rò rỉ của pin HV.
- Trong khi xe chuyển động, pin HV chịu đựng sự lặp lại chu trình nạp/phóng khi nó trở nên được phóng bởi MG2 trong thời gian tăng tốc, và được nạp bởi phanh tái sinh trong thời gian giảm tốc.
- ECU pin đánh giá dòng nạp/phóng và công suất nạp/phóng yêu cầu đến ECU HV để duy trì trạng thái nạp tại mức trung tâm.
- Mục đích của SOC là 60%. Khi SOC giảm dưới giá trị trên thì ECU pin truyền tín hiệu đến ECU HV. Sau đó ECU HV gởi đến ECM động cơ để tăng công suất nạp pin HV. Nếu SOC dưới 20%, động cơ không tạo ra công suất.
- Delta SOC: bình thường sai số SOC là 20%. Nếu SOC vượt quá 20%, điều này nghĩa là ECU pin HV không thể điều chỉnh hoặc duy trì nhiều giá trị SOC trong giới hạn cho phép.
- ...
Hình 3.16 Mô hình mô phỏng xe hybrid Prius 2010
Hình 3.17 Mô hình mô phỏng xe truyền thống trên động cơ 1NZ-FXE
1.1.1 So sánh kết quả mô phỏng 2 mô hình
3.5.1.1. Tốc độ động cơ
Hình 3.18 Vận tốc xe hybrid
Hình 3.19 Vận tốc xe truyền thống
Quađồthịtrênhìnhtathấy,tốcđộđộngcơlắptrênxehybridchạyổn định hơn khi lắp trên xe thường qua mức độ thay đổi tốc độ như tốc độ mong muốn tốc độ tối thiểu và tốc độ tối đa khi chạy trên 3 pha là rất nhỏ tránh được các chế độ tăng tốc, giảm tốc động cơ. Hơn nữa, tại những khi tốc độ xe bằng 0 thì xe hybrid cho phép ngắt động cơ đốt trong, còn xe thường động cơ đốt trong thực hiện chạy không tải.
Thực tế là sự thay đổi tốc độ của xe phần lớn là do động cơ điện, vì vậy cho phép dễ dàng điều khiển mà không ảnh hưởng tới tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Do việc điều khiển tốc độ động cơ điện ít phụ thuộc vào tốc độ xe nên thực hiện điều khiển động cơ đốt trong ở vùng tiêu thụ nhiên liệu thấp, để có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu chung của xe.
Trong các phân tích trên đều cho phép giảm tiêu hao nhiên liệu khi động cơ đốt trong được sử dụng trên xe hybrid
3.5.1.2. Phát thải động cơ đốt trong ra ngoài môi trường
Hình 3.20 biểu đồ phát thải xe hybrid
Hình 3.21 Biểu đồ phát thải xe truyền thống
- Phát thải khí NOx
Qua đồ thị trên hình ta thấy, phát thải NOx của xe hybrid hầu hết đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường (trừ giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ 0 1 2 3 4 5 6 0 50 70 Xe thường Xe hybrid Thời gian (giây) Tiêu hao nhiên liệu (g/km) điện sang động cơ đốt trong), thậm chí bằng 0 khi ngắt động cơ.
Điều này có thể giải thích như sau: Tương tự như tốc độ và tiêu hao nhiên liệu như đã phân tích, động cơ xe hybrid tránh được các chế độ tăng tốc, giảm tốc động cơ. Hơn nữa, tại những khi tốc độ xe bằng 0 thì xe hybrid cho phép ngắt động cơ đốt trong. Ngoài ra, xe hybrid thực hiện điều khiển động cơ đốt trong rất tốt ở vùng tiêu thụ nhiên liệu thấp, khi tăng tốc, động cơ xe thường phải đảm nhiệm toàn bộ nên động cơ làm việc với chế độ không ổn định và bù ga nên tiêu hao nhiên liệu ở mức cao. Do đó trong tất cả các trường hợp trên đây động cơ đốt trong trên xe hybrid đều được giảm tải (giảm công suất) làm giảm nhiệt độ của chu trình công tác. Vì vậy, NOx giảm. Tuy nhiên, ở giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong phải khởi động và tăng công nhanh công suất để đảm bảo tốc độ và sự ổn định của xe nên lượng nhiên liệu chu trình tăng nhanh làm tăng nhiệt độ trung bình trong xilanh của chu trình công tác làm tăng NOx .
-Phát thải khí CO
Phát thải CO sinh ra là do sự cháy thiếu Oxy, qua đồ thị trên như trên hình ta thấy, phát thải CO của xe hybrid hầu hết đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường. Điều này có thể giải thích tương tự như đối với phát thải NOx trên 3 pha thí nghiệm, mức tiêu thụ nhiên liệu đều giảm (trừ giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong) trong khi xe hybrid điều khiển động cơ rất tốt ở chế độ công suất nhỏ, nói cách khác là trong tất cả các trường hợp trên đây động cơ đốt trong trên xe hybrid đều được giảm tải (giảm công suất) lượng CO tổng cộng tính theo g/h sẽ giảm.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong phải khởi động và tăng công nhanh công suất để đảm bảo tốc độ và sự ổn định của xe trong khi lượng không khí không kịp bổ sung đủ theo yêu cầu làm tăng khả năng thiếu ôxy, làm tăng CO.
-Phát thải khí HC
Phát thải HC là sản phẩm của phần nhiên liệu chưa cháy do thiếu ô xy hoặc thành phần hỗn hợp không đồng nhất. Cũng như phát thải CO, qua đồ thị như trên hình ta thấy, phát thải HC của xe hybrid hầu hết đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường.
Tuy nhiên, ở 2 chế độ chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong và chiều ngược lại đều cho phát thải HC tăng. Tương tự như phát thải CO, giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong phải tăng nhanh nhanh lượng nhiên liệu chu trình trong khi lượng không khí không kịp bổ sung đủ theo yêu cầu làm tăng khả năng thiếu ôxy, làm tăng HC.
Mặt khác, giai đoạn chuyển tiếp từ động cơ đốt trong sang động cơ điện, lúc này động cơ điện được điều khiển làm việc đạt nhanh công suất, tốc độ và mô men đảm bảo cho xe hoạt động bình thường, đồng thời ngắt động cơ đốt trong. Tuy nhiên, trong giai đoạn vài giây, việc nhiên liệu vẫn được phun vào trước xupap nạp đến hàng chục lần nên động cơ vẫn thực hiện quá trình thải khí và quét khí ở góc trùng điệp nên một lượng không nhỏ nhiên liệu phun vào chưa được cháy sẽ được thoát ra khỏi đường thải làm HC tăng
3.5.1.3. Tiêu hao nhiên liệu
Hình 3.23 Biểu đồ suất tiêu hao nhiên liệu xe hybrid
Hình 3.24 Biểu đồ suất tiêu hao nhiên liệu xe truyền thống
Như đã phân tích ở phần tốc độ động cơ, đều cho phép giảm tiêu hao nhiên liệu ở hầu hết các điểm trên 3 pha thử nghiệm khi động cơ đốt trong được sử dụng trên xe hybrid. Ngoài ra, còn có những trường hợp cụ thể như sau:
+ Khi xe dừng, động cơ xe thường chạy không tải, suất tiêu hao nhiên liệu khi đó tương đối lớn, vào khoảng 2 g/kwh/s. Còn động cơ xe hybrid ngắt.
+ Khi tăng tốc, động cơ xe thường phải đảm nhiệm toàn bộ cho nên động cơ làm việc với chế độ không ổn định bù ga nên tiêu hao nhiên liệu ở mức cao.
1.1.2 Kết quả tổng thể 2 mô hình xe.
kết quả tổng thể so sánh 2 loại xe, ta thấy các thành phần tiêu thụ nhiên liệu và phát thải của xe hybrid đều thấp hơn đáng kể so với phát thải của xe thường. Tiêu thụ nhiên liệu giảm tới 20%, phát thải NOx giảm 60%, CO giảm 35% và HC giảm đến 40%. Do động cơ xe hybrid cho phép ngắt động cơ đốt trong khi xe dừng, việc điều khiển động cơ đốt trong rất tốt ở vùng tiêu thụ nhiên liệu thấp; khi tăng tốc, động cơ xe ổn định nên tiêu hao nhiên liệu ở mức thấp. Nói cách khác, trong tất cả các trường hợp trên đây động cơ đốt trong trên xe hybrid đều giảm công suất làm giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải mặc dù ở giai đoạnchuyển tiếp từ động cơ điện sang động cơ đốt trong tiêu hao nhiên liệu và phát thải đều tăng nhưng trong thời gian rất ngắn.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KẾT LUẬN
Đã xây dựng thành công mô hình xe hybrid kiểu song song trên phần mềm
AVL-Cruise và thực hiện chạy mô phỏng để đánh giá tính năng bằng phần mềm AVL-Cruise, kết quả cho thấy:
- Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (xe hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn nhiều so với xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường), tiêu thụ nhiên liệu giảm tới 20%.
- Giảm lượng phát thải gây ô nhiêm môi trường, phát thải NOx giảm 60%, CO giảm 35% và HC giảm đến 40%.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã góp phần từng bước làm chủ về công nghệxe hybrid ở Việt Nam. Bước đầu sử dụng phần mềm AVL-Cruise để nghiên cứu hiết kế, tính toán hệ động lực cho xe hybrid.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Sau khi thực hiện xong luận văn em xin có một số đề xuất:
- Nghiên cứu phối hợp phần mềm Matlab và AVL-Boost trong quá trình mô phỏng mô hình trên phần mềm AVL-Cruise để có thể phân tích đánh giá được đầy đủ hơn nữa về tính năng động lực của xe hybrid.
- Tính toán các hệ thống cho xe hybrid.Tính toán và tối ưu nguồn động lực và các tham số điều khiên cho xe hybrid.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1].MehrdadEhsani,YiminGao,SebastienE.Gay,AliEmadi,Modernelectric,
Hybridelectric,andFuelcell vehicles2005.
2].QuyhoạchpháttriểnngànhdầukhíViệtNamgiaiđoạn2006-2015-Định
hướngđếnnăm2025,BộCôngnghiệp,7/2007.
3].PhạmMinhTuấn,Khíthảiđộngcơvàônhiễmmôitrường,NhàXBKhoahọc
vàKỹThuậtHàNội.
4].AVLguide,AVLCruisesoftwareversion2009.
5].LêVănTụy,KếtCấuVàTínhToánÔTô,ĐàNẵng2008.
6].ToyotaHybridsystem,tàiliệucủaToyota.
7].PGS.TSKhổngVũQuảng,Báocáotổngkếtđềtài“Nghiêncứuxâydựngmôhìnhphốihợpnguồnđộnglựcđiệnvàđộngcơđốttrong”,HàNội2014.
8].http:\\www.Oto-hui.com
