TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Trong bối cảnh công nghiệp hoá và hiện đại hoá toàn cầu, nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao, đòi hỏi các quốc gia và ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành ô tô, phải chú trọng đến việc tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường Giải pháp tối ưu được đề xuất là sự kết hợp linh hoạt giữa động cơ xăng và động cơ điện, cùng với các cơ cấu chuyển đổi năng lượng hiệu quả Xe lai điện Hybrid đã ra đời như một giải pháp quan trọng để đáp ứng những yêu cầu này.
Xe Plug-in Hybrid đang trở thành xu hướng nổi bật nhờ khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, tại Việt Nam, hạ tầng hiện tại vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu cho loại xe này.
Nhóm nghiên cứu của chúng em, dưới sự hướng dẫn của ThS Huỳnh Quốc Việt và phân công từ khoa Cơ khí động lực - Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã tiến hành nghiên cứu về ứng dụng MATLAB trong mô phỏng và điều khiển xe lai điện kiểu hỗn hợp, một chủ đề có tính thực tiễn cao tại Việt Nam.
1.1.2 Mục tiêu của đề tài
− Nắm vững cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động của dòng xe lai điện kiểu hỗn hợp.
− Xây dựng mô hình mô phỏng xe lai kiểu hỗn hợp trên phần mềm Matlap/Simulink
− Điều khiển và chạy được mô hình đó phú hợp với chu trình thử nghiệm.
− Chỉ mô phỏng trên Matlab Simulink, 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
TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID
1.2.1 Giới thiệu chung và nguyên nhân ra đời xe Hybrid Được phát minh vào khoảng 300 năm trước bởi nhà phát minh người Pháp Nicolas - Joseph Cugnot (1725-1804), xe ô tô ngày nay đã trở thành một trong những phương tiện giao thông không thể thiếu trong xã hội loài người Cũng chính vì thế mà tình trạng ô nhiễm không khí trầm do khí thải từ động cơ ô tô đang là một trong những vấn đề nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay. 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, công nghệ Hybrid trong chế tạo ô tô đã ra đời, giúp tiết kiệm năng lượng không tái sinh và bảo vệ môi trường Giải pháp này đang được áp dụng rộng rãi tại các nước phát triển, đặc biệt là ở Châu Âu, trong khi công nghệ fuel cell và pin điện vẫn đang trong quá trình hoàn thiện.
Hình 1.1 Cấu tạo một chiếc xe Hybrid
Ngành công nghiệp ôtô toàn cầu đang đối mặt với thách thức lớn về việc sản xuất xe ôtô thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng Các giải pháp như ôtô Hydro, ôtô điện, và ôtô pin mặt trời gặp nhiều khó khăn trong thực hiện Tuy nhiên, ôtô Hybrid - loại xe sử dụng nguồn năng lượng kết hợp - đã đưa ra giải pháp hiệu quả, giảm đáng kể lượng khí thải độc hại và tiết kiệm tới 50% nhiên liệu tiêu thụ.
Ôtô Hybrid (Hybrid Electric Vehicle - HEV) là dòng xe sử dụng động cơ kết hợp, mang lại hiệu suất tối ưu Khái niệm "Hybrid" đã xuất hiện từ lâu, với định nghĩa là phương tiện giao thông sử dụng hai nguồn năng lượng trở lên Theo Wikipedia, phương tiện giao thông ghép này thường kết hợp giữa hệ thống chứa năng lượng nạp lại được (RESS) và nguồn năng lượng nhiên liệu như xăng hoặc dầu diesel.
Xe đạp điện là loại xe đạp sử dụng sức người kết hợp với động cơ điện, giúp tăng cường hiệu suất di chuyển Tương tự, tàu buồm cũng có thể được trang bị mô-tơ điện để cải thiện khả năng vận hành Động cơ Hybrid kết hợp động cơ đốt trong với động cơ điện sử dụng năng lượng từ ắc quy Bộ điều khiển điện tử sẽ quản lý việc sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong, đồng thời quyết định thời điểm nạp điện cho ắc quy để tối ưu hóa hiệu suất.
Trong bối cảnh hiện nay, thuật ngữ "Phương Tiện Giao Thông Ghép" thường được dùng để chỉ các loại xe kết hợp năng lượng điện và xăng, được gọi là Phương Tiện Giao Thông Điện Xăng (Petroleum Electric Hybrid Vehicle), hay viết tắt là PEHV Ngoài ra, chúng cũng có thể được gọi là HEV (Hybrid Electric Vehicle) Trong tiếng Việt phổ thông, chúng ta thường gọi là "Xe điện xăng", và trong tiếng Anh là "Hybrid Car".
1.2.3 Nguyên lý hoạt động Ôtô Hybrid Ôtô Hybrid hoạt động theo nguyên tắc: Động cơ điện được sử dụng để khởi động xe, trong đó trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành đồng bộ Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe gia tốc hoặc leo dốc Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụng như một máy phát để nạp điện cho ắc quy Không giống như các phương tiện sử dụng động cơ điện khác, động cơ Hybrid không cần nguồn điện bên ngoài, động cơ đốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy Với sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, động cơ Hybrid được mở rộng giới hạn làm việc, giảm tiêu thụ nhiên liệu cho động cơ đốt trong hiệu suất tổ hợp động cơ cao, mô-mem lớn ở số vòng quay nhỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Tổ hợp động cơ Hybrid có những ưu điểm sau:
Khi xe phanh hoặc giảm tốc độ, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện, giúp tận dụng năng lượng phanh để tạo ra 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 thường được sử dụng trong các chế độ gia tốc hoặc khi phải chịu tải lớn, trong khi đó động cơ đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ, dẫn đến kích thước của động cơ đốt trong thường nhỏ gọn hơn.
Sử dụng vật liệu nhẹ giúp giảm khối lượng tổng thể của ôtô, cho phép xe hoạt động hiệu quả và mạnh mẽ như những ô tô chạy xăng truyền thống, đồng thời nâng cao khả năng di chuyển xa hơn.
− 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 so với ô tô chạy xăng truyền thống nhờ vào hiệu suất cao của động cơ điện Động cơ Hybrid có khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội, thường tiết kiệm hơn 100% so với động cơ xăng thông thường.
Theo phương pháp truyền động, động cơ Hybrid được chia thành hai loại chính: tổ hợp ghép nối tiếp và tổ hợp ghép song song Hệ thống Hybrid kết hợp này cho phép tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm thiểu khí thải.
1.2.5.1 Tổ hợp ghép nối tiếp
Hệ thống hybrid nối tiếp sử dụng động cơ điện làm nguồn động lực chính để xoay bánh xe, trong khi động cơ đốt trong chỉ có nhiệm vụ phát điện nhằm nạp pin và cung cấp năng lượng cho động cơ điện.
Trong sơ đồ nối tiếp, động cơ đốt trong (gồm động cơ xăng, động cơ diesel hoặc pin nhiên liệu) kéo máy phát để cung cấp điện cho ắc quy và động cơ điện, mà không có sự liên hệ cơ khí giữa nguồn động lực và bánh xe Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng thông qua việc quay rô-to của máy phát, tạo ra điện năng và sau đó chuyển đổi thành cơ năng để làm quay bánh xe Ưu điểm của sơ đồ này bao gồm việc động cơ đốt trong không hoạt động ở chế độ không tải, giúp giảm ô nhiễm môi trường; khả năng chọn chế độ hoạt động tối ưu cho các loại ôtô; và không cần hộp số.
Tổ hợp ghép nối tiếp có một số nhược điểm như kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song Hơn nữa, động cơ đốt trong phải hoạt động ở chế độ nặng nhọc để cung cấp điện cho ắc-quy, dẫn đến nguy cơ quá tải.
Hình 1.2 Sơ đồ truyền động kiểu nối tiếp
1.2.5.2 Tổ hợp ghép song song
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP
CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP
+ Hộp số Hybrid bao gồm MG1, MG2 và cụm bánh răng hành tinh.
Cụm bộ chuyển đổi bao gồm một bộ chuyển đổi DC-DC và một bộ chuyển đổi A/C, trong khi ECU HV thu thập tín hiệu từ các cảm biến và gửi kết quả tính toán đến ECM, cụm biến đổi, ECU ắc quy và ECU để điều khiển hệ thống Hybrid.
+ 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.
+ 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.
Hình 2.9 Động cơ 1NZ-FXE
Động cơ 1NZ-FXE là một trong hai nguồn công suất chính của xe Prius, với thiết kế động cơ thẳng hàng 4 xy lanh dung tích 1.5l Nó được trang bị hệ thống VVT-I, cho phép điều khiển thời điểm nạp thông minh, cùng với hệ thống ETCS-I, giúp điều khiển bướm ga điện tử một cách hiệu quả Những cải tiến này mang lại đặc tính cân đối, tăng cường hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải cho xe Hybrid.
Động cơ 1NZ-FXE sở hữu công nghệ phối khí chu trình Atkinson, giúp giảm khí thải bằng cách điều chỉnh mối quan hệ giữa thì nén và thì giãn nỡ Ngoài ra, các xe hybrid từ năm 2004 trở đi được trang bị hệ thống tích nhiệt cho nước làm mát, thu hồi nước nóng từ động cơ và lưu trữ trong thùng cách nhiệt, giữ nhiệt trong ba ngày Hệ thống này còn có bơm điện, giúp tuần hoàn nước nóng qua động cơ để giảm khí thải HC khi động cơ khởi động.
Đặc điểm thông số kỹ thuật:
Loại động cơ 1NZ-FXE
Số lượng xi lanh và cách bố trí 4-xi lanh, thẳng hàng
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)
Công suất cực đại (SEA-NET) 57kW tại 5000 v/p
Mômen cực đại (SEA-NET) 111 N.m tại 4200 v/p
Thời điểm đóng mở van
Thứ tự đánh lửa 1-3-4-2 nghiên cứu RON
Trị số ốc tan 87 hoặc cao hơn
Cấp dầu API SJ, SL, EC hoặc
Tuần hoàn khí thải ống pô SULEV
Tuần hoàn khí thải bay hơi AT-PZEV, ORVR
Bảng 2.1 Đặc điểm thông số kỹ thuật của động cơ1NZ-FXE
+ 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.
Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid:
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 4.113
Bộ bánh răng giảm tốc
Bộ truyền động cuối cùng Bánh răng chủ động 26
Dung tích dầu Lít(US qts, Imp qts) 4.6(4.9, 4.0)
Loại dầu ATF T-IV hoặc đẳng trị
Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật của hộp số Hybrid
− 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.
MG1 và MG2 đóng vai trò quan trọng trong việc kết hợp hiệu quả giữa máy phát đồng bộ xoay chiều và mô tơ điện Chúng hoạt động như nguồn cung cấp hỗ trợ lực kéo cho động cơ xăng khi cần thiết, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động.
MG1 đóng vai trò quan trọng trong việc nạp lại ắc quy HV và cung cấp điện năng cho MG2 Bằng cách điều chỉnh lượng điện năng phát ra, MG1 còn kiểm soát hiệu quả quá trình truyền động vô cấp.
MG1 cũng làm việc như một máy khởi động.
MG2 hoạt động kết hợp với động cơ xăng để dẫn động bánh xe, trong khi đặc tính mômen lớn của MG2 tối ưu hóa hiệu suất động lực học Trong quá trình phanh tái sinh, MG2 chuyển đổi động năng thành năng lượng điện, được lưu trữ trong ắc quy HV.
Thông số kỹ thuật của MG1:
Loại động cơ Động cơ nam châm vĩnh cữu
Chức năng Máy phát; máy khởi động Điện áp cực đại (V) AC 273.6
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của MG1
Thông số kỹ thuật của MG2:
Loại động cơ Động cơ nam châm vĩnh cữu
Chức năng Máy phát; dẫn động bánh xe Điện áp cực đại (v) AC 273.6
Công suất cực đại kW(PS)/
Hệ thống làm mát Làm mát bằng nước
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của MG2
Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2
2.1.4 Bộ phân chia công suất (Power-Split
Trái tim của hệ thống Hybrid là bộ phân chia công suất PSD (Power Split Device), một thiết bị nhỏ gọn PSD là bộ bánh răng hành tinh, tương tự như bộ bánh răng của hộp số tự động, nhưng hoạt động theo cách hoàn toàn khác.
Bánh răng hành tinh trong bộ phân chia công suất được sắp xếp xung quanh bánh răng mặt trời ở trung tâm, tạo nên một cấu trúc ăn khớp hoàn hảo Các bánh răng hành tinh, có kích thước và khoảng cách đồng đều với tâm quay, được gắn cố định với cần dẫn và quay quanh bánh răng mặt trời Vòng răng ngoài cùng, gọi là bánh răng bao, tương tác trực tiếp với các bánh răng hành tinh, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống.
Hình 2.12 Bộ bánh răng hành tinh
Trong hệ thống Hybrid, bộ bánh răng hành tinh đóng vai trò quan trọng trong việc phân chia công suất Động cơ đốt trong (ICE) được liên kết với cần dẫn, trong khi mô tơ máy phát 1 (MG1) kết nối với bánh răng mặt trời và mô tơ máy phát 2 (MG2) kết nối với bánh răng bao.
Tất cả các bánh răng trong hệ thống đều quay với tốc độ khác nhau, cho phép điều chỉnh tốc độ của ICE và MG2 MG2 hoạt động như một mô tơ và máy phát, có khả năng thay đổi tốc độ lên đến 6,500 vòng/phút và được kết nối với các bánh xe chủ động qua hệ thống truyền động Khi tốc độ truyền từ MG2 đến vòng răng thay đổi, tốc độ của xe cũng sẽ thay đổi Tuy nhiên, nếu tốc độ của ICE thay đổi mà MG2 không hoạt động (MG2=0), tốc độ xe sẽ không thay đổi ngay lập tức Trong trường hợp có sức cản hoặc cần sự trợ giúp từ động cơ máy phát, xe vẫn có thể vận hành liên tục trong suốt quá trình động cơ hoạt động.
Tốc độ quay của MG1, MG2 và ICE có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, trong đó tốc độ của MG1 sẽ thay đổi khi có sự thay đổi ở MG2, ICE hoặc cả hai MG1 có khả năng đạt tốc độ tối đa lên đến 10,000 vòng/phút.
ICE hoạt động với tốc độ từ 800 đến 4,500 vòng/phút và có khả năng dừng hoàn toàn Tuy nhiên, khi tốc độ giảm xuống dưới 800 vòng/phút, ICE không thể hoạt động hiệu quả, dẫn đến việc ECU nhận diện và tắt ICE Khi cần công suất hoặc tốc độ cao hơn, MG1 sẽ khởi động lại ICE.
Động cơ đốt trong (ICE) kết nối với cần dẫn, khi cần dẫn quay, các bánh răng hành tinh sẽ tác động đến bánh răng mặt trời và bánh răng bao, làm cho chúng quay cùng chiều Hãng Toyota đã lựa chọn cẩn thận số răng của bánh răng mặt trời và bánh răng bao, từ đó xác lập kích thước bộ phân chia công suất hợp lý với tỉ lệ 72% mô men truyền đến bánh răng bao và 28% mô men truyền đến bánh răng mặt trời.
Mối quan hệ về vận tốc góc, moment xoắn trong bộ phân chia công suất:
Vận tốc góc: ny = ns + nr
Hình 2.13 Bộ phận chia công suất
Trong đó: ny, ns, nr lần lượt là vận tốc góc của cần dẫn, bánh răng mặt trời, bánh răng bao.
Trong hệ thống bánh răng hành tinh, Ty, Ts, Tr lần lượt đại diện cho moment xoắn của cần dẫn, bánh răng mặt trời và bánh răng bao Khi một trong các bộ phận của bánh răng hành tinh bị khóa, hệ thống sẽ chuyển đổi thành bánh răng thường với một đầu vào và một đầu ra Mối quan hệ này được thể hiện rõ ràng trong cấu trúc bánh răng.
Bảng 2.5 trình bày mối quan hệ giữa các thành phần trong bộ phân chia công suất Đối với xe lai kiểu hỗn hợp, việc sử dụng bộ bánh răng hành tinh làm khớp nối tốc độ mang đến nhiều lựa chọn kết nối khác nhau cho các bộ phận của hệ thống truyền động.
Hình 2.14 Các cách bố trí sơ đồ truyền động
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
2.2.1 Các chế độ hoạt động
Hệ thống truyền động kiểu hỗn hợp bao gồm khớp nối moment và khớp nối tốc độ, trong đó đơn vị bánh răng hành tinh đóng vai trò là khớp nối tốc độ, kết nối động cơ với motor hoặc máy phát điện Động cơ và motor/máy phát điện được liên kết với cần dẫn và bánh răng mặt trời Các bánh răng của bánh răng hành tinh được kết nối với bánh lái thông qua cần dẫn nối với các bánh răng Z1, Z2, Z4, Z5 và bộ vi sai.
Motor kéo được kết nối với bánh lái thông qua hệ thống bánh răng Z3, Z2, Z4, Z5 và bộ vi sai, nhằm kết hợp các momen xoắn đầu ra của bánh răng bao và motor kéo.
Trong cấu hình này, sử dụng một ly hợp và hai khóa để kết nối và ngắt kết nối động cơ với cần dẫn của bánh răng hành tinh Khóa 1 có chức năng khóa hoặc nhả bánh răng mặt trời và trục của motor/máy phát điện đến sườn xe, trong khi Khóa 2 thực hiện nhiệm vụ khóa hoặc nhả cần dẫn đến sườn xe Qua việc điều khiển ly hợp và các khóa, động cơ, motor/máy phát điện và motor kéo có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau.
Hình 2.30 Sơ đồ của hệ thống truyền động
Chế độ khớp nối tốc độ: Trong chế độ này, motor kéo sẽ không hoạt động các chế độ hoạt động như sau:
Ly hợp hoạt động chỉ khi động cơ đang hoạt động, kết nối động cơ với cần dẫn và khóa bánh răng mặt trời vào sườn xe, dẫn đến việc motor hoặc máy phát điện không hoạt động Dòng năng lượng được thể hiện trong hình dưới đây.
Hình 2.31 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có động cơ hoạt động
PLG: Bánh răng hành tinh
Trong trường hợp này, động cơ tự cung cấp mô men xoắn cho bánh xe chủ động Mối quan hệ tốc độ giữa động cơ và bánh xe:
Với ndw và ne đại diện cho tốc độ của bánh xe chủ động và động cơ, trong khi irw là tỷ số truyền từ bánh răng bao đến bánh xe.
Trong đó Z1, Z2, Z4, và Z5 là số răng của bánh răng Z1, Z2, Z4, và Z5.
Mối quan hệ mômen giữa bánh lái và động cơ :
Mô-men xoắn tại bánh xe được tạo ra bởi moment xoắn động cơ Te, trong khi hiệu suất từ cần dẫn đến bánh răng bao được ký hiệu là ηyr, và hiệu suất từ bánh răng bao đến bánh lái được ký hiệu là ηrw.
Trong chế độ chỉ có motor/máy phát điện kéo, động cơ sẽ tắt và bộ ly hợp có thể hoạt động hoặc không Khóa 1 sẽ ngắt kết nối bánh răng mặt trời và trục của motor/máy phát điện với sườn xe, trong khi khóa 2 sẽ khóa cần dẫn vào sườn xe Khi đó, xe sẽ được vận hành hoàn toàn bởi motor/máy phát điện.
Dòng năng lượng được thể hiện trong hình sau.
Hình 2.32 Dòng năng lượng ở chế độ chỉ có motor / máy phát điện kéo
Mối quan hệ tốc độ và momen xoắn giữa motor / máy phát và bánh lái :
Với Tdw là mômen kéo trên bánh lái được tạo ra bởi mô men xoắn motor / máy phát điện
Tm/g, và ηsr là hiệu suất từ bánh răng mặt trời đến bánh răng bao.
Cần lưu ý rằng motor / máy phát điện phải được vận hành ở góc phần tư thứ ba, nghĩa là vận tốc góc âm (ngược hướng với chiều quay động cơ).
Động cơ và motor/máy phát điện hoạt động đồng thời khi khóa 1 và 2 được nhả từ sườn xe Mối quan hệ giữa vận tốc góc của bánh lái, động cơ và motor/máy phát điện rất chặt chẽ, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Và mômen xoắn có mối quan hệ
Trong hệ thống truyền động, hằng số b xác định mối quan hệ giữa công suất từ motor/máy phát điện đến bánh răng mặt trời; cụ thể, nếu nm/g < 0 thì b = 1, còn nếu ngược lại thì b = -1 Điều này cho thấy, với một tốc độ xe nhất định, tốc độ động cơ có thể được điều chỉnh thông qua tốc độ của motor/máy phát điện.
Mô men động cơ, mô men của motor/máy phát điện và mô men tải trên bánh xe dẫn động luôn duy trì mối quan hệ cố định Sự thay đổi bất kỳ thành phần moment xoắn nào sẽ dẫn đến sự thay đổi của hai thành phần còn lại, từ đó làm thay đổi các điểm hoạt động của động cơ và motor/máy phát điện.
Dòng năng lượng được trình bày trong hình sau.
Hình 2.33 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ và motor / máy phát điện cùng hoạt động
Chế độ khớp nối mô-men là khi motor kéo được nạp năng lượng, mô men xoắn sẽ được cộng vào moment xoắn đầu ra của bánh răng bao Khi motor kéo hoạt động ở chế độ motor hoặc phát điện, sẽ tạo ra sáu chế độ hoạt động cơ bản.
− Động cơ độc lập kết hợp với motor kéo : Chế độ này giống như chế độ kiểu song song Dòng năng lượng được thể hiện trong hình 2.26
Hình 2.34 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor kéo
Động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện hoạt động tương tự như chế độ PPS trong hệ thống truyền động Hybrid, cho phép sạc năng lượng từ động cơ Hình ảnh dưới đây minh họa dòng năng lượng trong chế độ này.
Hình 2.35 Dòng năng lượng ở chế độ động cơ độc lập kết hợp với motor phát điện
Motor hoặc máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo, trong chế độ này, động cơ được thay thế bằng motor hoặc máy phát điện Dòng năng lượng được thể hiện trong hình sau.
Hình 2.36 Dòng năng lượng ở chế độ Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor kéo
Motor và máy phát điện hoạt động kết hợp trong chế độ này, trong đó động cơ được thay thế bằng motor/máy phát điện Tuy nhiên, chế độ này thường không được sử dụng vì nó tạo ra vòng tròn năng lượng, khi motor/máy phát điện hoạt động nhờ vào PPS và cuối cùng trở lại PPS thông qua motor/máy phát điện và moto kéo.
Hình 2.37 Dòng năng lượng ở chế độ Motor/ máy phát điện hoạt động kết hợp với motor phát điện
− Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo: Chế độ này sử dụng các chức năng đầy đủ của khớp nối tốc độ và khớp nối mô-men.
Motor và máy phát điện có hai trạng thái hoạt động: motor và phát điện Trong chế độ quay, motor / máy phát điện có thể hoạt động ở tốc độ cao, nhưng cần giới hạn tốc độ động cơ để tránh hiệu suất thấp do quay quá nhanh Máy phát điện hỗ trợ tốc độ cho hệ thống truyền động, giúp xe duy trì tốc độ cao.
Tương tự, các trạng thái hoạt động trong Hình 2.31b có thể được sử dụng trong trường hợp tốc độ xe thấp
Hình 2.38 Dòng năng lượng ở chế độ Khớp nối tốc độ kết hợp với motor kéo