..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------

NGUYỄN ĐÌNH NAM

TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHANH TÁI TẠO NĂNG
LƯỢNG CỦA XE HYBRID

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

HÀ NỘI – 2013


NGUYỄN ĐÌNH NAM

CHUN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

KHĨA 2011 - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------

NGUYỄN ĐÌNH NAM

TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHANH TÁI TẠO NĂNG

LƯỢNG CỦA XE HYBRID

CHUYÊN NGÀNH :
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
TS. ĐÀM HỒNG PHÚC

HÀ NỘI –2013


CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
………………………….

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn
của thầy giáo TS: Đàm Hoàng Phúc. Đề tài đƣợc thực hiện tại bộ mơn Ơ tơ và xe
chuyên dụng. Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, kết
quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng ai đƣợc cơng
nhận trong bất cứ cơng trình nào.
Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Đình Nam

1



MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................ 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................... 7
Chƣơng 1: KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO. .............................. 10
I : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID .................................................................. 10
I.1. Khái niệm xe hybrid. .................................................................................... 10
I.2. Tính kinh tế của xe hybrid. .......................................................................... 11
I.3. Các dạng cấu hình truyền động của ô tô hybrid........................................... 11
II. HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƢỢNG TRÊN XE HEV. ............... 17
II.1. Hệ thống phanh trên xe HEV...................................................................... 17
II.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống phanh tái tạo. ..................................... 21
Chƣơng 2 : PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG KHÁC NHAU CỦA
HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO. ............................................................................. 36
2.1. Nguyên lý thiết kế phanh. ............................................................................... 36
2.1.1. Lực phanh. ................................................................................................ 36
2.1.2. Phân phối lực phanh trên trục phía trƣớc và sau. ..................................... 38
2.1.3. Sự điều chỉnh với các tính năng phanh. ................................................... 42
2.2. Nguyên lý thiết kế và điều khiển phanh tái tạo. ............................................. 43
2.2.1. Nguyên lý thiết kế và điều khiển tỉ lệ cố định giữa phanh điện và ma
sát. ....................................................................................................................... 44
2.2.2. Nguyên lý thiết kế và điều khiển tối đa lực phanh tái tạo. ....................... 46
2.2.3. Chiến lƣợc điều khiển hiệu quả phanh tối ƣu........................................... 49
2.2.4. Chiến lƣợc điều khiển tối ƣu phục hồi năng lƣợng. ................................. 52
Chƣơng 3 : THIẾT LẬP MƠ HÌNH TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN MƠ-MEN
PHANH CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
HYBRID. .................................................................................................................. 55


2


3.1. Phân phối lực phanh. ...................................................................................... 55
3.2. Lực phanh bánh trƣớc. .................................................................................... 55
3.3. Mô-men phanh tái tạo. .................................................................................... 55
3.4. Mô-men phanh thủy lực và mơ phỏng thuật tốn điều khiển mô-men
phanh tái tạo. .......................................................................................................... 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 67

3


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng so sánh về sự tiết kiệm nhiên liệu và sự thực hiện truyền động giữa
các phƣơng pháp truyền động...................................................................................17
Bảng 1.1. Khả năng tái sinh của một số loại xe ....................... ...............................31
Bảng 2.1 Thể hiện giá trị trung bình của hệ số lực kéo trên đƣờng khác nhau .... 38
Bảng 2.2. Tỉ lệ phần trăm của tổng năng lƣợng phanh có đƣợc đối với sự phục
hồi..............................................................................................................................46
Bảng 2.3. Viễn cảnh của năng lƣợng phanh trong chu trình lái xe đơ thị tiêu
biểu............................................................................................................................52
Bảng 3.1. Tỉ số truyền cho công suất cao nhất đƣợc sử dụng trong mô phỏng.......59
Bảng 3.2. Số liệu tính tốn khả năng phục hồi năng lƣợng phanh ma sát với các kích
thƣớc động cơ điện khác nhau với tốc độ xe 15 km/h tại 0,15g...............................60
Bảng 3.3. Số liệu tính tốn khả năng phục hồi năng lƣợng phanh ma sát với các kích
thƣớc động cơ điện khác nhau với tốc độ xe 30 km/h tại 0,15g..............................62
Bảng 3.4. Số liệu tính tốn khả năng phục hồi năng lƣợng phanh ma sát với các kích

thƣớc động cơ điện khác nhau với tốc độ xe 60 km/h tại 0,4g................................63

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
ĐCĐT: Động cơ đốt trong.
μ: Hệ số bám.
μb: Hệ số bám của phanh.
μs: Hệ số bám lớn nhất của phanh tƣơng ứng với hệ số trƣợt là 100%.
μp: Hệ số bám lớn nhất của phanh tƣơng ứng với hệ số trƣợt khoảng 20%.
Cα: Độ cứng ngang lốp xe
Fb: Tổng lực phanh của xe.
Fbf: Lực phanh cầu trƣớc.
Fbr: Lực phanh cầu sau.
Freg: Lực phanh tái tạo.
Freg: Lực phanh tái tạo.
J: Gia tốc phanh.
g: Gia tốc của trọng lực.
m: Khối lƣợng của xe.
W: Trọng lƣợng của xe.
P: Công suất của máy phát điện sử dụng dành cho phanh tái sinh.
Ff: Lực phanh do phanh ma sát.
FR: Lực phanh do hệ thống phanh tái tạo.
V: Vận tốc xe.
V0: Vận tốc ban đầu.
E: Động năng.
E0: Động năng ban đầu.
G: Sự giảm tốc.
Gs: Sự giảm tốc tối đa.

XF: Khoảng cách dừng lại do phanh ma sát.
XR: Khoảng cách dừng lại do hệ thống phanh tái tạo năng lƣợng.
tF: Thời gian để ngừng sử dụng phanh ma sát.
tR: Thời gian để ngừng sử dụng hệ thống phanh tái tạo.

5


CG: Trọng tâm xe.
L: Khoảng cách giữa cầu trƣớc và cấu sau.
La: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trƣớc.
Lb: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau.
hg: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đƣờng.
ωbx: Vận tốc góc của bánh xe.
ωdc: Vận tốc góc của bánh xe.
β: Tỷ lệ lực phanh cầu trƣớc với tổng lực phanh của xe
Tb: Mơ-men phanh.
i: Tỷ số truyền
rbx: Bán kính bánh xe.
X1: Tỷ lệ lực phanh trên cầu trƣớc.
X2: Tỷ lệ lực phanh trên cầu sau.
p: Áp suất xilanh phanh chính.
pt: Áp suất dƣ trong đƣờng ống.

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp. ............................................ 12
Hình 1.2. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song. ........................................ 13

Hình 1.3. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp. ........................................... 15
Hình 1.4. Hệ thống hybrid hỗn hợp với bộ ghép nối bánh răng hành tinh. ............. 15
Hình 1.5. Các thành phần của hệ thống phanh trên xe Prius I ................................. 18
Hình 1.6. Phanh tái sinh tích với hệ thống phanh thủy lực thơng thƣờng. .............. 20
Hình 1.7. Hình dạng lốp bề mặt tiếp xúc trực tiếp với mặt đƣờng. ........................ 22
Hình 1.8. Hệ số bám là một hàm với độ trƣợt bánh xe. ........................................... 23
Hình 1.9. Lực phanh là một hàm của trƣợt theo chiều dọc trên ba bề mặt
đƣờng khác nhau: đƣờng khô, đƣờng ƣớt, và đƣờng băng. ..................................... 23
Hình 1.10. Lực ngang đối với một lốp là một hàm theo góc trƣợt. ......................... 25
Hình 1.11. Ảnh hƣởng của lốp xe phía trƣớc và phía sau về tính ổn định
hƣớng. ....................................................................................................................... 26
Hình 1.12. Trọng lƣợng trên lốp xe phía trƣớc và phía sau. .................................... 26
Hình 1.13. Sự thay đổi của lực tác dụng lên bánh xe phía trƣớc và sau bởi
phanh. ....................................................................................................................... 28
Hình 1.14. Khoảng cách dừng bởi phanh tái sinh nhƣ là một hàm vận tốc xe
với tỷ lệ công suất/khối lƣợng nhƣ một tham số. P/m (w/kg).................................. 30
Hình 1.15. Biểu đồ để xác định sự phân chia giữa phanh ma sát và phanh tái
tạo. ............................................................................................................................ 33
Hình 1.16. Sự thay đổi tốc độ xe với chu trình điều khiển US06. ........................... 34
Hình 1.17. Phân phối của lực phanh với chu trình vận hành US06. ........................ 35
Hình 2.1 (a) Mô-men phanh và lực phanh; (b) Quan hệ giữa mơ-men và lực
phanh ........................................................................................................................ 36
Hình 2.2 Sự biến đổi của hệ số bám với sự trƣợt theo lốp xe. ................................. 37
Hình 2.3 Lực phanh trên xe trong khi đang phanh trên bề mặt đƣờng .................... 38

7


Hình 2.4. Đƣờng cong phân phối lực phanh lý tƣởng trên trục phía trƣớc và
sau. ............................................................................................................................ 39

Hình 2.5. Đƣờng cong phân phối lực phanh thực tế và lý tƣởng (đƣờng I và ) .... 41
Hình 2.6. Lực phanh lớn nhất trên các bánh trƣớc quy định bởi sự điều chỉnh
ECE. ......................................................................................................................... 43
Hình 2.7 Sơ đồ hóa cấu trúc của hệ thống phanh hybrid song song. ...................... 44
Hình 2.8. Lực phanh thay đổi tỉ lệ với sự giảm tốc.................................................. 45
Hình 2.9. Tỉ lệ lực phanh với trọng lƣợng xe tƣơng đối với sự giảm tốc khác
nhau. ......................................................................................................................... 47
Hình 2.10. Sơ đồ minh họa phân phối lực phanh (điện-ma sát) trên các bánh
xe. ............................................................................................................................. 48
Hình 2.11. Điều khiển đầy đủ hệ thống phanh hybrid với H-EBS và phanh tái
tạo. ............................................................................................................................ 50
Hình 2.12. Chiến lƣợc điều khiển đối với hiệu quả phanh tối ƣu nhất. ................... 51
Hình 2.13. Mơ tả chiến lƣợc điều khiển đối với tối ƣu phục hồi năng lƣợng. ......... 53
Hình 3.1. Mơ-men phanh tái tạo, Treg....................................................................... 56
Hình 3.2. Bản đồ phanh tái tạo đối với một loạt các kích thƣớc M/G ..................... 57
Hình 3.3. Mơ hình thuật tốn điều khiển phanh tái tạo sử dụng trong tính tốn. .... 58
Hình 3.4. Khả năng phục hồi năng lƣợng phanh ma sát đối với các kích thƣớc
M/G khác nhau (Phanh duy nhất với tốc độ xe 15 km/h tại 0,15 g). ....................... 61
Hình 3.5. Khả năng phục hồi năng lƣợng phanh ma sát đối với các kích thƣớc
M/G khác nhau (Phanh duy nhất với tốc độ xe 30 km/h tại 0,15 g). ....................... 62
Hình 3.6. Khả năng phục hồi năng lƣợng phanh ma sát đối với các kích thƣớc
M/G khác nhau (Phanh duy nhất với tốc độ xe 60 km/h tại 0,4 g). ......................... 64

8


LỜI NÓI ĐẦU
Trong nhiều năm trở lại đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề lớn nhƣ
ô nhiễm mơi trƣờng, sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch. Một loạt các ảnh
hƣởng và tác động xấu đƣợc bắt nguồn từ các vấn đề trên. Để khắc phục những vấn

đề khó khăn nói trên, cùng với các ngành khoa học cơng nghệ khác thì ngành cơng
nghiệp ơtơ kết hợp với các trung tâm, cơ sở nghiên cứu công nghệ khắp nơi trên thế
giới đã tìm cách cải tiến và thay thế các cơng nghệ trên xe hơi. Mục đích của các
nghiên cứu, thử nghiệm đó đều nhằm giảm sự phát thải ô nhiễm và giảm sự tiêu hao
hoặc thay thế nhiên liệu truyền thống. Đã có một vài cơng nghệ hiện đại và tối ƣu
hơn đƣợc áp dụng cho xe hơi, trong số đó thì cơng nghệ hybrid electric đã và đang
đƣợc áp dụng rộng rãi trong ngành chế tạo ơtơ. Với những ƣu điểm và hiệu quả của
nó, công nghệ hybrid đang là một lựa chọn phù hợp cho các nhà sản xuất xe hơi
trong hiện tại và tƣơng lai.
Có rất nhiều mẫu xe hơi của các hãng nổi tiếng đã thu đƣợc thành công khi
tung ra thị trƣờng nhƣ: Toyota Prius, Honda Insight, BMW I8... Với những thành
công và sự cần thiết của công nghệ hybrid nhƣ đã nêu trên, do đó Em đã mạnh dạn
chọn đề tài “Tính tốn điều khiển q trình phanh tái tạo năng lượng của xe
hybrid” làm đề tài tốt nghiệp. Với sự nỗ lực và cố gắng của mình, cùng với sự
hƣớng dẫn tận tình của TS: Đàm Hồng Phúc. Em đã thực hiện và hoàn thành các
khối lƣợng theo yêu cầu. Tuy nhiên, do đây là một đề tài mới và phạm vi rộng cũng
nhƣ còn hạn chế nhiều về tài liệu và kiến thức thực tế, nên không thể tránh khỏi
những thiếu sót, mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo cùng các
bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2013
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Đình Nam

9


CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO.

I : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID

I.1. Khái niệm xe hybrid.
Xe hybrid là dòng xe sử dụng tổ hợp hai nguồn động lực, thƣờng là sự kết hợp
giữa động cơ đốt trong với động cơ điện lấy năng lƣợng điện từ một ăc-quy cao áp.
Mục đích chính là dùng động cơ điện hỗ trợ hoặc thay thế động cơ đốt trong
(ĐCĐT) để kéo xe ở những thời điểm mà động cơ đốt trong làm việc khơng hiệu
quả nhƣ q trình khởi động, gia tốc và tăng tốc. Hay nói cách khác là giúp cho
động cơ đốt trong luôn làm việc trong vùng làm việc tối ƣu.
I.1.1. Ƣu điểm:
 Xe hybrid thân thiện với mơi trƣờng.
 Xe hybrid đem lại tính kinh tế nhiên liệu cao so với xe động cơ đốt trong.
 Xe hybrid đáng tin cậy hơn so với xe điện, vì có xăng là một nhiên liệu thay
thế, xe điện bị hạn chế hành trình do dung lƣợng sạc có hạn.
 Xe hybrid ít phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống .
 Xe hybrid có động cơ đốt trong nhỏ hơn.
 Xe hybrid đã đƣợc công nhận và đang phát triển, phổ biến trong tƣơng lai.
Với các ƣu điểm nổi bật nhƣ đã nêu, ô tô hybrid đang đƣợc 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 ơtơ hybrid xuất hiện trên thị trƣờng và càng có nhiều
ngƣời tiêu dùng sử dụng loại ơtơ này.
I.1.2. Nhƣợc điểm:
 Xe hybrid có giá cao hơn giá xe động cơ đốt trong cùng phiên bản.
 Trọng lƣợng xe lớn hơn xe thƣờng do có thêm hệ thống ăc-quy.
 Trong trƣờng hợp tai nạn, có nguy cơ tiếp xúc với dây điện áp cao.
 Xe hybrid rất phức tạp, khó sửa chữa bảo dƣỡng.
 Phụ tùng thay thế có thể khó tìm và đắt đỏ.

10


I.2. Tính kinh tế của xe hybrid.

- Tiết kiệm năng lƣợng trên đƣờng trƣờng: Khi vận hành ô tô Hybrid trên
đƣờng trƣờng, nguồn động lực chính là động cơ đốt trong bởi vì động cơ đốt trong
đạt hiệu suất cao hơn khi chạy đƣờng dài cũng nhƣ mạnh mẽ hơn động cơ điện.
Cách thiết kế này giúp ô tô hybrid đạt đƣợc gia tốc mạnh và vận tốc cao tƣơng tự
nhƣ các loại ô tô truyền thống khác.
- Thu hồi năng lƣợng: Ngồi tiết kiệm năng lƣợng trong q trình chuyển hóa
năng lƣợng từ nhiên liệu thành cơ năng một cách hiệu quả hơn, ơ tơ hybrid cịn
đƣợc thiết kế nhằm hấp thụ lƣợng năng lƣợng bị hao phí qua q trình vận hành.
Đối với ơ tơ thơng thƣờng khi đƣợc phanh lại, năng lƣợng đƣợc chuyển hóa từ cơ
năng sang nhiệt năng làm nóng cơ cấu phanh. Đối với ô tô Hybrid, cơ năng có thể
đƣợc chuyển hóa thành điện năng và nạp lại vào ăc-quy, vì thế rất nhiều năng lƣợng
hao phí trong q trình vận hành xe đƣợc thu hồi vào để tái sử dụng
- Giới hạn: Khuyết điểm chính của cơng nghệ hybrid là hệ thống ăc-quy có khả
năng nạp lại. Giá thành của mỗi bộ ăc-quy này rất đắt là một điều đáng ngại đối với
ngƣời dùng, nhất là những ngƣời dùng ô tô hybrid cũ; giá trị trung bình mỗi bộ ăcquy này là trên dƣới 5.000 USD. Tuy nhiên, các nhà sản xuất đã vẫn đang nghiên
cứu và phát triển nhiều giải pháp cho vấn đề này nhƣ: tái chế ăc-quy cũ, phát triển
kỹ thuật ăc-quy mới, nâng cao tuổi thọ của ăc-quy .v.v... hứa hẹn mang lại nhiều cải
tiến mới, giảm giá thành sản phẩm, đƣa kỹ thuật hybrid đến với nhiều tầng lớp
ngƣời dân có thu nhập thấp trong xã hội nhằm mục đích thay thế dần những phƣơng
tiện giao thơng cũ, giảm thiểu lƣợng khí thải gây ơ nhiễm mơi sinh.
I.3. Các dạng cấu hình truyền động của ơ tơ hybrid.
I.3.1. Kiểu nối tiếp.
Hình 1.1 là sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp. Trong sơ đồ này,
động cơ điện truyền mô-men 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 ăc-quy
hoặc cung cấp cho động cơ điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp
ăc-quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện.

11



Hình 1.1. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp.
Động cơ điện ở đây ngồi vai trị sinh ra mơ-men để dẫn động kéo bánh xe thì
cịn có vai trò nhƣ một máy phát điện để thực hiện quá trình phanh tái sinh khi xe
phanh hoặc là xuống dốc. Bộ điều khiển mô tơ để điều khiển môtơ kéo sinh ra năng
lƣợng phù hợp với yêu cầu của xe. Sự hoạt động của xe (gia tốc, khả năng leo dốc,
tốc độ lớn nhất) đƣợc quyết định hoàn toàn bởi kích thƣớc và đặc tính của động cơ
điện dẫn động.
Chế độ phanh tái tạo giúp cho xe có thể hỗ trợ thêm trong việc di chuyển nhờ
vào việc tích trữ năng lƣợng trong ăc-quy. Do vậy giúp giảm chi phí nhiên liệu cũng
nhƣ khí phát thải ra mơi trƣờng xung quanh.
Ƣu điểm :
 Động cơ tách rời với bánh dẫn nên tốc độ và mô-men của động cơ độc lập với
tốc độ và mơ-men u cầu, đồng thời có thể ln đƣợc duy trì làm việc ở vùng
làm việc tối ƣu của nó với sự tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhỏ nhất.
 Sự ngắt kết nối giữa động cơ và bánh xe cịn cho phép động cơ có thể hoạt
động ở vùng hiệu suất cao.
 Khả năng gia tốc tốt vì khơng có qn tính của hệ dẫn động cơ khí.
 Khơng nhiều bánh răng dẫn động nên cấu tạo đơn giản hơn và giá giảm.

12


 Có thể thay thế bộ vi sai bằng các động cơ điện nên có thể nghiên cứu cho hệ
dẫn động lái bốn bánh và không cần điều khiển phức tạp cho quá trình lái.
Nhƣợc điểm :
 Năng lƣợng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể.
 Động cơ điện phải có cơng suất lớn.
 Ăc-quy phải có dung lƣợng lớn nên cồng kềnh và làm tăng khối lƣợng xe.
I.3.2. Kiểu song song

Dòng năng lƣợng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả động cơ đốt
trong 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. Trong hình 1.2 là sơ đồ truyền động hệ
thống hybrid song song. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trị là nguồn năng
lƣợng truyền mơ-men chính cịn động cơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc
hoặc vƣợt dốc. Kiểu này khơng cần dùng máy phát điện riêng vì động cơ điện có
tính năng giao hốn lƣỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ăc-quy trong các chế
độ hoạt động bình thƣờng.

Hình 1.2. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song.

13


Những dạng hoạt động hiệu quả của hệ dẫn động hybrid song song gồm: chỉ có
ĐCĐT kéo; chỉ có động cơ điện kéo; cả ĐCĐT và động cơ điện cùng kéo; phanh tái
sinh và ăc-quy đƣợc nạp từ ĐCĐT.
Bộ kết nối cơ khí có thể là kết nối mơ-men hoặc kết nối tốc độ và tùy thuộc
vào vị trí của nó trong hệ thống truyền lực mà sẽ cho đƣờng đặc tính đầu ra là khác
nhau. Trong q trình hoạt động, các dạng hoạt động thích hợp sẽ đƣợc sử dụng để
đáp ứng mô-men kéo yêu cầu, đạt hiệu suất tổng cao và duy trì tình trạng nạp cho
ắc-quy ở mức hợp lí và hấp thụ năng lƣợng mất đi trong khi phanh càng nhiều càng
tốt. Và để hấp thụ năng lƣợng trong quá trình phanh thì động cơ điện ngồi vai trị
là một nguồn động lực để kéo bánh xe thì nó cịn là nhiệm vụ của một máy phát
điện khi xe thực hiện quá trình phanh. Năng lƣợng này có vai trị quan trọng trong
xe ơtơ hybrid và là một trong những nhân tố chính giúp giải quyết bài tốn nhiên
liệu thay thế.
Ƣu điểm:
 Cơng suất của ơtơ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lƣợng.
 Động cơ điện hoạt động ít hơn động cơ nhiệt nên bình ắc-quy nhỏ và gọn nhẹ,

trọng lƣợng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp.
 Ở tốc độ thích hợp, cơng suất truyền trực tiếp từ động cơ đến bánh xe. Lúc này
động cơ có thể làm việc với hiệu quả cao nhất.
Nhƣợc điểm:
 Động cơ điện và bộ phận điều khiển động cơ điện có kết cấu phức tạp, giá
thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nối tiếp.
 Tính ơ nhiễm mơi trƣờng cũng nhƣ tính kinh tế nhiên liệu khơng cao.
I.3.3. Kiểu hỗn hợp
Trên hình 1.3 là hệ thống này kết hợp. Nó bao gồm cả hai hệ thống nối tiếp
và song song nhằm tận dụng tối đa các lợi ích đƣợc sinh ra.

14


Hình 1.3. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp.
Trong hệ thống HEV này 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.

Hình 1.4. Hệ thống hybrid hỗn hợp với bộ ghép nối bánh răng hành tinh.

15


Trong sơ đồ Hình 1.4. thì ĐCĐT đƣợc kết nối với vành răng của bộ bánh
răng hành tinh. Động cơ điện đƣợc nối với bánh răng mặt trời. Khóa 1 dùng để khóa
bánh răng mặt trời và rơto của động cơ điện với khung xe, khi khóa 1 đƣợc đóng thì
mơ tơ điện khơng hoạt động và khi đó xe chỉ chạy bằng động cơ nhiệt.
Khóa 2 dùng để khóa bánh răng hành tinh và trục ra của động cơ nhiệt, khi khóa 2
đóng thì động cơ nhiệt sẽ khơng hoạt động và khi đó xe chỉ vận hành bằng động cơ

điện. Tất cả sự đóng ngắt này đƣợc điều khiển thơng qua bộ điều khiển của xe. Cấu
hình này mang lại sự kết hợp truyền động rất tốt cho một chiếc xe hybrid.
Trong quá trình phanh tài tạo thì động cơ điện đóng vai trị là máy phát điện
để hấp thụ lại phần năng lƣợng bị mất khi xe thực hiện quá trình phanh hoặc là
xuống dốc.
Ƣu điểm:
Kết hợp đƣợc ƣu điểm của cả hai tổ hợp ghép nối tiếp và nối song song. Nó
có thể tăng tốc đột ngột, động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ƣu,
phù hợp với các loại ôtô và trong lúc cần thiết động cơ có thể vừa dẫn động cho các
bánh xe và một máy phát để nạp điện cho ăc-quy.
Nhƣợc điểm:
Nhƣợc điểm chủ yếu của kiểu dẫn động này là khá phức tạp cả về phƣơng
diện bố trí, kết cấu và giá thành tƣơng đối đắt.
I.3.4. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất.
Qua các phân tích ở các cấu hình truyền động ta thấy rằng với kiểu truyền
động hybrid hỗn hợp mang tới rất nhiều các ƣu điểm nhƣ về hiệu suất hoạt động,
khả năng tái tạo năng lƣợng cũng nhƣ tổng hiệu suất đạt đƣợc. Nó khắc phục đƣợc
các nhƣợc điểm của các cấu hình truyền động song song và nối tiếp. Do vậy hệ
thống này chiếm ƣu thế trong việc chế tạo xe hybrid. Đồng thời trong các cấu hình
truyền động ta cũng thấy q trình phanh tái sinh năng lƣợng có vai trò quan trọng
trong việc thu hồi năng lƣợng dƣ thừa. Nó giúp xe giảm chi phí nhiên liệu cũng nhƣ
mở ra hƣớng mới để phát triển xe điện trong tƣơng lai hạn chế tối đa sử dụng nguồn
nhiên liệu cổ điển.

16


Sự thực hiện truyền

Sự tiết kiệm nhiên liệu

Kiểu lai

Sự dừng

Lấy lại

Hoạt

không tái

năng

động hiệu

sinh

lƣợng

suất cao

động
Tổng
hiệu suất

Công suất
Gia tốc

phát ra cao
liên tục


Nối tiếp
Song song
Hỗn hợp

Bảng 1.1. Bảng so sánh về sự tiết kiệm nhiên liệu và sự thực hiện truyền động giữa
các phương pháp truyền động
II. HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƢỢNG TRÊN XE HEV.
II.1. Hệ thống phanh trên xe HEV
II.1.1. Khái niệm hệ thống phanh tái tạo năng lƣợng.
Hệ thống phanh trên xe phải đảm bảo hai chức năng:
- Làm giảm tốc độ hoặc dừng xe lại khi cần thiết.
- Tận dụng tối đa động năng mất đi của xe khi phanh để chuyển thành cơng có ích.
Vì vậy hệ thống phanh tái tạo đóng vai trị quan trọng trong các thiết kế trên
xe HEV. Phanh tái tạo năng lƣợng là q trình chuyển hóa động năng thành điện
năng và nạp lại vào ăc-quy. Chính vì vậy rất nhiều năng lƣợng hao phí trong q
trình giảm tốc của xe đƣợc thu hồi để tái sử dụng. Nhờ đó động cơ đƣợc giảm bớt
công sinh cho máy phát, nhiên liệu đƣợc tiết kiệm hơn. Nhờ có ăc-quy cao áp của
hệ thống này mà xe có thể chỉ vận hành bằng điện mà khơng cần có sự hỗ trợ của
động cơ đốt trong. Vì vậy sẽ góp phần làm tăng tính kinh tế nhiên liệu cũng nhƣ
môi trƣờng đƣợc cải thiện hơn.

17


Tuy nhiên ô tô hybrid vẫn đƣợc trang bị bộ phanh ma sát nhƣ ô tô thông
thƣờng trong trƣờng hợp ngƣời lái cần hãm khẩn cấp.
II.1.2. Yêu cầu của hệ thống phanh tái tạo năng lƣợng.
Cung cấp khả năng phanh lớn nhất để đảm bảo yêu cầu về an toàn cũng nhƣ
yêu cầu khôi phục tối đa năng lƣợng.
Trong trƣờng hợp hệ thống phanh tái sinh bị lỗi thì vẫn phải đảm bảo các yêu

cầu về an toàn. Đảm bảo việc phân bố mô-men phanh trên các bánh xe phải theo
quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lƣợng bám khi phanh với bất kì cƣờng độ nào.
Ngồi ra phải có khối lƣợng nhẹ nhất đảm bảo xe có thể hoạt động đƣợc dễ dàng
trong mọi điều kiện.
Hệ thống phanh phải hoạt động tốt để duy trì sự ổn định hƣớng. Hệ thống
phanh phải tránh tình trạng khóa bánh xe nếu không sẽ ảnh hƣởng đến lái và sự ổn
định hƣớng.
Điều khiển nhẹ nhàng, phanh êm dịu trong bất kì mọi trƣờng hợp để đảm bảo
sự ổn định của ôtô khi phanh; Cơ cấu phanh thốt nhiệt tốt.

Hình 1.5. Các thành phần của hệ thống phanh trên xe Prius I

18


II.1.3. Sơ đồ hệ thống phanh tái tạo tích hợp với hệ thống thủy lực thông
thƣờng.
Một phƣơng pháp tiếp cận sử dụng áp lực thủy lực từ xi lanh tổng nhƣ là một
biến đầu vào để kiểm soát phanh. Trong trƣờng hợp này, phanh tái tạo đƣợc tích
hợp với hệ thống thủy lực thông thƣờng. Bất kể nhƣ thế nào phanh tái sinh vẫn
đƣợc sử dụng, vấn đề quan trọng là phân chia mô-men giữa phanh ma sát và phanh
tái tạo.
Phanh tái sinh tích hợp với hệ thống thủy lực thông thƣờng .
Mỗi thành phần của hệ thống đƣợc thảo luận cùng với chức năng của nó
(hình 1.6 a và b). Để tránh nhầm lẫn, chỉ hiển thị phanh cho bánh trƣớc. Xem xét
cẩn thận theo hƣớng chuyển động xe và hƣớng mô-men xoắn của máy phát điện.
Mô-men xoắn chống lại chuyển động của xe.

19



Hình 1.6. Phanh tái sinh tích với hệ thống phanh thủy lực thông thường.
Đầu vào hoạt động: Đạp vào bàn đạp phanh, lái xe dự định sẽ giảm tốc và áp lực
tác dụng trên bàn đạp phanh xác đƣợc tính cấp bách của tình hình. Cảm biến áp suất
thủy lực truyền lệnh điều khiển tới phanh.
Thiết bị chấp hành phanh: là một thiết bị điện phát triển bởi áp lực thủy lực.Thiết
bị chấp hành phanh đƣợc chỉ huy bởi bộ điều khiển. Áp lực thủy lực tới giá phanh
thông qua xilanh phanh làm ép má phanh lại.
Có hai đƣờng ống cung cấp áp thủy lực tới các giá phanh. Một ống đƣợc hồi trở lại
xi lanh chính.
Cơng tắc 3 cổng:
Ba cổng chuyển đổi đƣợc nhận lệnh từ bộ điều khiển.
 Trong hoạt động bình thƣờng, cổng 1 và 3 đƣợc mở và cổng 2 đóng cơ lập các
xi lanh chủ cùng các thiết bị chấp hành phanh và giá phanh (hình 1.6a).
 Trong chế độ lỗi, cổng 3 đóng và cổng 1 và 2 đƣợc mở xi lanh (hình 1.6b).

20


Chế độ này xilanh chính kết nối trực tiếp bằng thủy lực tới giá phanh.
Điều khiển: Đầu vào.
Bộ điều khiển có một số đầu vào.
- Có bốn đầu vào là vận tốc góc trên mỗi bánh xe. Vận tốc xe đƣợc sử dụng cùng
với đầu vào là tốc độ quay bánh xe để xác định lốp xe trƣợt hoặc bắt đầu khóa, ABS
đƣợc kích hoạt khi bắt đầu khóa phanh.
- Áp suất thủy lực phanh, đây là một đầu vào vận hành, xác định phân chia giữa
phanh ma sát và hệ thống phanh tái tạo. Đối với áp lực thấp, hệ thống phanh có khả
năng sẽ đƣợc tái sinh một mình. Đối với áp suất cao, bộ điều khiển phải xác định
phân chia giữa tái sinh và phanh ma sát.
Điều khiển: Đầu ra.

Các kết nối A-A là một mạng dữ liệu, nó khơng phải là một cơng tắc on-off.
A-A cung cấp thông tin liên lạc hai chiều giữa M/G và bộ điều khiển. Ngoài ra, A-A
đƣợc sử dụng để chỉ huy phân chia giữa tái sinh và phanh ma sát. B-B truyền lệnh
tới các thiết bị truyền động phanh điều khiển điện mà phát triển bởi áp lực thủy lực
để kích hoạt các giá phanh. C-C truyền lệnh để mở và đóng cổng trong ba cổng
chuyển đổi cho thủy lực. C-C điều khiển chế độ khơng an tồn.
M/G: Chế độ máy phát.
Lƣu ý hƣớng chuyển động của chiếc xe đƣợc thể hiện ở phía trên của hình 1.6. Mơmen xoắn do máy phát điện tạo nên tái tạo năng lƣợng phanh. Hƣớng của mô-men
xoắn, chống lại chuyển động của xe; Do đó có tác dụng phanh.
II.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống phanh tái tạo.
II.2.1. Ảnh hƣởng của sự trƣợt giữa lốp xe với mặt đƣờng.
Các hoa lốp có ảnh hƣởng rất lớn đến lực phanh cũng nhƣ kéo trên đƣờng.
Đây là bề mặt tiếp xúc chính với đƣờng hình 1.7. Ngay cả khi hoa lốp đó rất nhỏ,
mỗi khi lái xe an toàn của bạn phụ thuộc rất nhiều vào bề mặt tiếp xúc đó. Kiểm
sốt lực phanh phụ thuộc vào bề mặt giữa đƣờng và lốp hay sự tƣơng tác giữa hoa
lốp với mặt đƣờng.

21


* Lực theo chiều dọc lốp .
Các lực trên lốp xe đƣợc chia ra theo chiều dọc và ngang. Lực dọc lốp trên
mặt đỉnh lốp. Lực theo chiều dọc liên quan tới phanh và kéo (tăng tốc).

Hình 1.7. Hình dạng lốp bề mặt tiếp xúc trực tiếp với mặt đường.
Khi thiết kế phanh, sự ổn định và hệ thống kiểm soát lực kéo sử dụng tối đa lực bám
theo chiều dọc. Các lực theo chiều dọc có trên lốp đang đƣợc sử dụng trong phanh
hoặc kéo. Giá trị của hệ số bám µ, phụ thuộc vào trƣợt. Đối với giá trị trƣợt nhỏ, µ
thay đổi tuyến tính với sự tăng của trƣợt. Ngoài ra, đƣờng cong


đạt đến

giá trị

đỉnh điểm của trƣợt khoảng 20%. Với trƣợt 100%, ở đó bánh xe bị trƣợt quay mà
khơng có chuyển động của xe, giá trị của
0,4- 0,5 (Hình 1.7).

22

giữa lốp xe và mặt đƣờng là khoảng