Giáo trình điện tử chuyên đề Ô tô Hybrid - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

Tải miễn phí giáo trình ô tô hybrid đầy đủ định dạng PDF. Tài liệu tổng hợp nguyên lý, cấu tạo và các hệ thống trên xe hybrid chi tiết nhất.

• Tác giả: Trần Quang Sơn
• Người hướng dẫn: ThS. Huỳnh Quốc Việt
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Giáo trình điện tử chuyên đề Ô tô Hybrid
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MACROMEDIA FLASH ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRÊN Ô TÔ HYBRID
• 2.1. Tổng quan Macromedia Flash
• 2.2. Thao tác với Macromedia Flash
• 2.2.1. Menu bar (Main toolbar)-Thanh tiêu đề
• 2.2.2. Edit bar-Thanh trạng thái
• 2.2.3. Tools-Thanh công cụ (windows > tool) chứa các công cụ
• 2.2.4. Panel-Các bảng lệnh: (Windows > Design panel và coloDevelopment panel)
• 2.3. Các bước thực hiện mô phỏng trên Macromedia Flash
• 2.3.1. Xác định đối tượng mô phỏng
• 2.3.2. Quá trình thực hiện mô phỏng một đối tượng
• 2.3.2.1. Tạo một hoạt hình đơn giản bằng cách đưa các hình ảnh bên ngoài vào các Frame trên Timeline
• 2.3.2.2. Tạo một chuyển động thẳng đơn giản
• 2.3.2.3. Chuyển động theo đường dẫn
• 2.4. Ứng dụng Macromedia để mô phỏng các bộ phận chính trên ô tô
• 2.4.1. Mô phỏng bộ biến tần cho MG (INVERTER MG)
• 2.4.1.1. Cơ sở lý thuyết bộ biến tần MG
• 2.4.1.2. Mô phỏng và kết quả mô phỏng
• 2.4.2. Mô phỏng bộ biến tần A/C cho máy nén (INVERTER A/C)
• 2.4.2.1. Mô phỏng và kết quả mô phỏng
• 2.4.3. Mô phỏng bộ chuyển đổi điện DC-DC (DC-DC CONVERTER)
• 2.4.3.1. Mô phỏng và kết quả mô phỏng
• 2.4.4. Mô phỏng hệ thống Rơ le chính (SMR)
• 2.4.4.1. Mô phỏng và kết quả mô phỏng
• 2.4.5. Mô phỏng các chế độ hoạt động của hệ thống nguồn cao áp
• 2.4.5.1. Mô phỏng và kết quả mô phỏng
• 2.4.6. Mô phỏng bộ phân chia công suất (PSD)
• 2.4.6.1. Mô phỏng và kết quả mô phỏng
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MACROMEDIA FLASH TRONG THIẾT KẾ GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ
• 3.1. Tiến trình thiết kế giáo trình điện tử
• 3.1.1. Hướng dẫn thiết kế giao diện cho thư mục tổng
• 3.1.2. Hướng dẫn thiết kế giao diện cho thư mục con
• 3.2. Kết quả giao diện thiết kế
• 3.2.1. Giao diện thư mục tổng
• 3.2.2. Giao diện thư mục con
• 3.3. Mở rộng và hướng phát triển
• 4. CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CHUYÊN ĐỀ Ô TÔ HYBRID
• 4.1. Giới thiệu về ô tô Hybrid
• 4.1.1. Lịch sử phát triển về ô tô Hybrid
• 4.1.2. Khái quát về ô tô Hybrid
• 4.1.2.1. Ưu điểm của ô tô Hybrid
• 4.1.2.2. Nhược điểm của ô tô Hybrid
• 4.1.2.3. Ưu điểm của ô tô Hybrid
• 4.1.3. Phân loại ô tô Hybrid
• 4.1.3.1. Phân loại theo kiểu truyền động
• 4.1.3.2. Phân loại theo mức độ Hybrid hóa
• 4.1.4. Giới thiệu về Toyota Prius
• 4.1.4.1. Toyota Prius thế hệ đầu tiên
• 4.1.4.2. Toyota Prius thế hệ thứ hai
• 4.1.4.3. Toyota Prius thế hệ thứ ba
• 4.2. Động cơ đốt trong - Động cơ điện
• 4.2.1. Động cơ 1NZ-FXE
• 4.2.1.1. Tổng quan động cơ 1NZ - FXE
• 4.2.1.2. Cấu tạo động cơ 1NZ – FXE
• 4.2.1.3. Các hệ thống phụ trên động cơ 1NZ - FXE
• 4.2.2. Tổng quan về động cơ điện đối với các dòng xe Hybrid
• 4.2.2.1. Động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
• 4.2.2.2. Động cơ điện không đồng bộ
• 4.2.2.3. Các bộ phận khác
• 4.3. Bộ phân chia công suất
• 4.3.1. Tổng quan bộ phân chia công suất
• 4.3.1.1. Giới thiệu bộ phân chia công suất (PSD)
• 4.3.1.2. Cấu tạo bộ bánh răng hành tinh
• 4.3.1.3. Phân tích khớp truyền động tốc độ
• 4.3.2. Cấu tạo bộ phân chia công suất
• 4.3.2.1. Cấu tạo bộ phân chia công suất
• 4.3.2.2. Cấu tạo hệ bánh răng truyền động
• 4.3.3. Nguyên lý hoạt động bộ phân chia công suất
• 4.4. Hệ thống Hybrid Toyota
• 4.4.1. Giới thiệu chung
• 4.4.2. Các hệ thống Hybrid Toyota
• 4.5. Bộ chia điện
• 4.5.1. Tổng quan bộ chia điện
• 4.5.2. Cấu tạo bộ chuyển đổi điện
• 4.5.2.1. Cấu tạo bộ biến tần MG1 và MG2:
• 4.5.2.2. Bộ biến đổi tăng cường
• 4.5.2.3. Bộ chuyển đổi DC – DC
• 4.5.2.4. Hệ thống làm mát
• 4.5.3. Nguyên lý hoạt động
• 4.6. Hệ thống nguồn cao áp
• 4.6.1. Tổng quan nguồn cao áp
• 4.6.2. Cấu tạo hệ thống nguồn cao áp
• 4.6.2.1. ECU điều khiển
• 4.6.2.2. Hệ thống Relay chính (SMR)
• 4.6.2.3. Ắc quy phụ trợ
• 4.6.3. Hệ thống điều khiển ắc quy cao áp
• 4.7. Các hệ thống khác
• 4.7.1. Hệ thống nút nhấn chìa khóa thông minh
• 4.7.2. Hệ thống cần chuyển số
• 4.7.3. Hệ thống phanh điện tử
• 4.7.4. Hệ thống điều hòa nhiệt độ
• 4.8. Chẩn đoán các hệ thống
• 4.8.1. Chẩn đoán trên xe
• 4.8.1.1. Kiểm tra nút nhấn nguồn
• 4.8.1.2. Chìa khóa thông minh (Smart key)
• 4.8.1.3. Chẩn đoán hệ thống cần chuyển số
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tải Giáo trình Ô tô Hybrid PDF Tổng quan Công nghệ Mới

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặt ra yêu cầu cấp thiết về các phương tiện giao thông tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường. Công nghệ ô tô hybrid ra đời như một giải pháp đột phá, kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện để tối ưu hóa hiệu suất. Giáo trình Ô tô Hybrid này là một tài liệu toàn diện, được biên soạn dựa trên nghiên cứu chuyên sâu từ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, cung cấp kiến thức nền tảng và chuyên sâu về dòng xe tiên tiến này. Tài liệu này không chỉ giới thiệu về công nghệ xe điện và hybrid mà còn đi sâu vào phân tích cấu trúc, nguyên lý vận hành của các hệ thống phức tạp. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động xe hybrid là bước đầu tiên và quan trọng nhất cho bất kỳ kỹ thuật viên hay sinh viên ngành cơ điện tử ô tô nào muốn làm chủ công nghệ này. Giáo trình tập trung vào việc hệ thống hóa kiến thức, từ các khái niệm cơ bản như phân loại xe hybrid (nối tiếp, song song, kết hợp) đến các thành phần cốt lõi như pin xe hybrid, hệ thống truyền động hybrid, và bộ điều khiển trung tâm (ECU). Đặc biệt, tài liệu cung cấp cái nhìn chi tiết về các dòng xe phổ biến như Toyota Prius, vốn được xem là "lá cờ đầu" trong phân khúc. Việc tiếp cận một tài liệu kỹ thuật ô tô hybrid chất lượng sẽ giúp người học rút ngắn thời gian nghiên cứu, nắm bắt nhanh chóng các công nghệ cốt lõi và chuẩn bị cho các công việc thực tế trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại, vốn đang chuyển dịch mạnh mẽ sang các dòng xe xanh.

1.1. Lịch sử phát triển và ưu điểm của công nghệ ô tô hybrid

Ý tưởng về xe hybrid đã tồn tại từ lâu, nhưng chỉ thực sự phát triển mạnh mẽ vào cuối thế kỷ 20 do áp lực về môi trường và giá nhiên liệu. Giáo trình Ô tô Hybrid này ghi nhận rằng mục tiêu chính là giảm tiêu hao nhiên liệu và lượng khí thải độc hại. Ưu điểm vượt trội của xe hybrid so với xe truyền thống bao gồm: khả năng tiết kiệm nhiên liệu ấn tượng nhờ hệ thống phanh tái sinh (thu hồi năng lượng khi phanh) và cơ chế tự động tắt/khởi động động cơ (Automatic Start/Stop); giảm phát thải CO2 và các chất gây ô nhiễm khác; và vận hành êm ái hơn ở tốc độ thấp khi chỉ sử dụng động cơ điện. Những ưu điểm này đã giúp ô tô hybrid trở thành lựa chọn phổ biến tại nhiều quốc gia phát triển.

1.2. Phân loại các hệ thống truyền động hybrid phổ biến hiện nay

Tài liệu phân loại ô tô hybrid thành ba loại chính dựa trên cấu trúc hệ thống truyền động. Thứ nhất là Hybrid nối tiếp (Series Hybrid), trong đó động cơ đốt trong chỉ dùng để chạy máy phát điện, cung cấp năng lượng cho động cơ điện và sạc pin. Thứ hai là Hybrid song song (Parallel Hybrid), cả động cơ đốt trong và động cơ điện đều có thể trực tiếp truyền lực đến bánh xe. Thứ ba là Hybrid kết hợp (Series-Parallel Hybrid), tiêu biểu là hệ thống của Toyota, có khả năng vận hành linh hoạt ở cả hai chế độ trên. Việc phân loại này giúp làm rõ cấu tạo ô tô hybrid và cách thức phối hợp năng lượng trong từng điều kiện vận hành khác nhau.

II. Khó khăn khi Sửa chữa Ô tô Hybrid và Giải pháp Tài liệu

Sự phức tạp của công nghệ hybrid mang đến nhiều thách thức cho công tác chẩn đoán và sửa chữa. Không giống như xe truyền thống, ô tô hybrid tích hợp một hệ thống điện cao áp, các bộ biến đổi công suất, và một ECU điều khiển tinh vi. Do đó, việc thiếu tài liệu kỹ thuật ô tô hybrid chuyên sâu là rào cản lớn nhất đối với các kỹ thuật viên. Giáo trình Ô tô Hybrid được biên soạn để giải quyết vấn đề này, cung cấp một nguồn kiến thức tin cậy và có hệ thống. Các vấn đề thường gặp bao gồm chẩn đoán lỗi hệ thống hybrid liên quan đến pin xe hybrid, bộ biến tần (inverter và converter xe hybrid), hay các cảm biến phức tạp. Việc can thiệp vào hệ thống điện cao áp mà không có kiến thức và quy trình an toàn có thể gây nguy hiểm chết người. Tài liệu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ sơ đồ mạch điện xe hybrid trước khi thực hiện bất kỳ thao tác kỹ thuật nào. Hơn nữa, mỗi nhà sản xuất lại có những công nghệ độc quyền, đòi hỏi kỹ thuật viên phải liên tục cập nhật. Giáo trình này, với các ví dụ cụ thể từ tài liệu Toyota Prius, giúp người học làm quen với một trong những hệ thống phổ biến nhất, tạo nền tảng vững chắc để tiếp cận các dòng xe khác.

2.1. Thách thức trong chẩn đoán lỗi hệ thống hybrid phức tạp

Việc chẩn đoán lỗi hệ thống hybrid đòi hỏi các thiết bị chuyên dụng như máy chẩn đoán (ví dụ Techstream cho xe Toyota) và kiến thức sâu về cơ điện tử ô tô. Lỗi có thể xuất phát từ nhiều thành phần: bộ điều khiển pin (BMS), hệ thống làm mát pin, các mô-đun công suất IGBT trong bộ biến tần, hoặc lỗi giao tiếp giữa các ECU. Một mã lỗi đơn giản có thể liên quan đến nhiều hệ thống con, khiến việc khoanh vùng trở nên khó khăn. Giáo trình cung cấp các quy trình chẩn đoán theo từng bước, giúp hệ thống hóa phương pháp tiếp cận vấn đề.

2.2. Yêu cầu an toàn và quy trình bảo dưỡng ô tô hybrid đặc thù

An toàn là yếu tố hàng đầu khi làm việc với xe hybrid do sự hiện diện của dòng điện cao áp (lên đến 500V hoặc hơn). Quy trình bảo dưỡng ô tô hybrid tiêu chuẩn bao gồm các bước bắt buộc như ngắt kết nối giắc dịch vụ an toàn (service plug) trước khi thao tác. Ngoài ra, việc bảo dưỡng các bộ phận đặc thù như hệ thống làm mát bộ biến tần, kiểm tra dung lượng và điện áp các cell pin xe hybrid là những công việc không có trên xe thông thường. Tài liệu hướng dẫn chi tiết các quy tắc an toàn và các hạng mục bảo dưỡng này.

III. Hướng dẫn Cấu tạo Ô tô Hybrid Động cơ và Truyền động

Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động xe hybrid, cần phải nắm vững cấu tạo của hai thành phần cốt lõi: nguồn động lực và hệ thống truyền lực. Giáo trình Ô tô Hybrid này dành một chương lớn để phân tích chi tiết về động cơ Atkinson và các động cơ điện (Motor Generator - MG1, MG2) cũng như cơ cấu chia công suất. Động cơ đốt trong trên xe hybrid thường hoạt động theo chu trình Atkinson, ưu tiên hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu hơn là công suất cực đại. Điều này là hợp lý vì phần công suất thiếu hụt sẽ được động cơ điện bù đắp khi cần tăng tốc. Các động cơ điện trên xe hybrid có hai chức năng chính: vừa là động cơ để dẫn động bánh xe (MG2), vừa là máy phát để sạc lại pin xe hybrid (MG1 và MG2 khi phanh tái sinh). Thành phần độc đáo nhất trong hệ thống truyền động hybrid của Toyota là bộ phân chia công suất (Power Split Device - PSD). Đây là một bộ bánh răng hành tinh tinh xảo, có vai trò kết nối động cơ đốt trong, động cơ điện MG1, và động cơ điện MG2, cho phép điều phối năng lượng một cách vô cấp và mượt mà. Việc phân tích cấu tạo và động học của các bộ phận này là nền tảng để hiểu được các chế độ vận hành khác nhau của xe.

3.1. Phân tích động cơ Atkinson 1NZ FXE và các motor điện

Giáo trình lấy ví dụ về động cơ 1NZ-FXE trên Toyota Prius. Động cơ này sử dụng chu trình Atkinson với kỳ nạp dài hơn kỳ nén, giúp giảm tổn thất bơm và tăng hiệu suất nhiệt. Về động cơ điện, xe hybrid thường dùng loại động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu. MG1 chủ yếu hoạt động như một máy phát, được dẫn động bởi động cơ đốt trong để sạc pin và cấp điện cho MG2. MG1 cũng đóng vai trò là mô-tơ khởi động cho động cơ đốt trong. Trong khi đó, MG2 là động cơ chính dẫn động bánh xe và thực hiện chức năng phanh tái sinh.

3.2. Nguyên lý hoạt động chi tiết của bộ phân chia công suất PSD

Bộ phân chia công suất (PSD) là trái tim của hệ thống Hybrid Synergy Drive của Toyota. Về cơ bản, nó là một bộ bánh răng hành tinh. Bánh răng bao được nối với động cơ điện MG2 và ra bánh xe. Bánh răng hành tinh và cần dẫn được nối với động cơ đốt trong. Bánh răng mặt trời được nối với động cơ điện MG1. Bằng cách điều khiển tốc độ và chiều quay của MG1, hệ thống có thể điều chỉnh vô cấp tỉ số truyền, cho phép động cơ đốt trong luôn hoạt động ở dải vòng tua hiệu quả nhất, hoặc tắt hoàn toàn khi không cần thiết.

IV. Bí quyết Hiểu Hệ thống Nguồn và Sơ đồ Mạch điện Hybrid

Hệ thống điện là phần phức tạp và khác biệt nhất của ô tô hybrid. Nắm vững kiến thức về hệ thống này là chìa khóa để sửa chữa xe hybrid thành công. Giáo trình Ô tô Hybrid cung cấp cái nhìn toàn diện về hệ thống nguồn cao áp, bao gồm cấu trúc, quản lý và làm mát. Pin xe hybrid, hay ắc quy cao áp (HV Battery), thường là loại Nickel-Metal Hydride (Ni-MH) hoặc Lithium-ion (Li-ion), được tạo thành từ nhiều mô-đun nhỏ nối tiếp nhau để tạo ra điện áp cao. Hệ thống quản lý pin (BMS) liên tục giám sát điện áp, nhiệt độ và trạng thái sạc (SOC) của từng cell pin để đảm bảo hoạt động an toàn và bền bỉ. Một thành phần quan trọng khác là bộ chuyển đổi công suất, bao gồm inverter và converter xe hybrid. Inverter (bộ biến tần) có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành dòng xoay chiều (AC) ba pha để cấp cho các động cơ điện, và ngược lại. DC-DC Converter (bộ chuyển đổi DC-DC) có chức năng hạ áp từ điện áp cao của pin hybrid xuống 12V để sạc ắc quy phụ và cung cấp cho các hệ thống điện tử thông thường. Hiểu rõ sơ đồ mạch điện xe hybrid và vai trò của các rơ le chính hệ thống (System Main Relays - SMRs) là điều bắt buộc để chẩn đoán các sự cố liên quan đến nguồn.

4.1. Cấu trúc quản lý và làm mát hệ thống pin xe hybrid

Hệ thống pin xe hybrid được đặt trong một vỏ kim loại chắc chắn và được trang bị hệ thống làm mát riêng (thường bằng không khí) để duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu. ECU điều khiển pin sẽ giám sát chặt chẽ nhiệt độ thông qua các cảm biến và điều khiển quạt làm mát khi cần. Việc quản lý trạng thái sạc (SOC) được giữ trong một khoảng hẹp (ví dụ 40-60%) để kéo dài tuổi thọ của pin. Tài liệu mô tả chi tiết vị trí các cảm biến, quạt làm mát và các thành phần của hệ thống quản lý pin.

4.2. Vai trò của Inverter và Converter trong điều khiển công suất

Bộ Inverter-Converter là trung tâm điều khiển luồng năng lượng điện. Bên trong nó chứa các mô-đun công suất thông minh (IPM) với các linh kiện bán dẫn công suất lớn như IGBT. Các IPM này thực hiện việc chuyển đổi DC-AC và AC-DC với tần số rất cao. Giáo trình cung cấp các mô phỏng, trích từ đề tài gốc, để minh họa quá trình chuyển đổi điện áp và dòng điện qua các pha của động cơ. Bộ phận này cũng có hệ thống làm mát bằng dung dịch riêng biệt vì nó tỏa ra một lượng nhiệt lớn trong quá trình hoạt động.

V. Cách Chẩn đoán và Bảo dưỡng Ô tô Hybrid Theo Giáo trình

Ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn là mục tiêu cuối cùng của việc học tập. Phần này của Giáo thổ Ô tô Hybrid tập trung vào việc hướng dẫn các quy trình thực hành, từ bảo dưỡng ô tô hybrid định kỳ đến các phương pháp chẩn đoán lỗi hệ thống hybrid phức tạp. Bảo dưỡng xe hybrid không chỉ bao gồm các hạng mục thông thường như thay dầu động cơ, lọc gió, mà còn có các công việc đặc thù. Ví dụ, cần kiểm tra và vệ sinh bộ lọc gió của quạt làm mát pin hybrid, kiểm tra mức dung dịch làm mát cho bộ biến tần. Việc tuân thủ đúng quy trình bảo dưỡng giúp ngăn ngừa các hỏng hóc tốn kém và đảm bảo xe hoạt động ổn định. Khi gặp sự cố, việc sử dụng máy chẩn đoán để đọc mã lỗi là bước đầu tiên. Tuy nhiên, quan trọng hơn là khả năng phân tích mã lỗi đó dựa trên kiến thức về hệ thống và sơ đồ mạch điện xe hybrid. Giáo trình cung cấp các bảng mã lỗi thường gặp, hướng dẫn kiểm tra các cảm biến, cơ cấu chấp hành, và các bước đo kiểm điện áp tại các điểm quan trọng. Ví dụ cụ thể như quy trình kiểm tra công tắc nguồn, cảm biến vị trí cần số, hay hệ thống phanh điện tử được trình bày chi tiết, giúp người học hình thành tư duy chẩn đoán logic và hiệu quả.

5.1. Quy trình thực hành bảo dưỡng ô tô hybrid an toàn hiệu quả

Một quy trình bảo dưỡng tiêu chuẩn bắt đầu bằng việc đảm bảo an toàn, tức là ngắt nguồn cao áp. Sau đó, tiến hành kiểm tra các hạng mục đặc thù: vệ sinh lưới lọc gió làm mát pin, kiểm tra tình trạng rò rỉ của hệ thống làm mát Inverter, kiểm tra điện áp ắc quy phụ 12V. Việc bảo dưỡng ô tô hybrid đúng cách không chỉ đảm bảo an toàn mà còn giúp kéo dài tuổi thọ của các bộ phận đắt tiền như pin xe hybrid và bộ biến tần. Tài liệu nhấn mạnh rằng việc bỏ qua các bước này có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.

5.2. Ứng dụng sơ đồ mạch điện xe hybrid để chẩn đoán chính xác

Sơ đồ mạch điện xe hybrid là bản đồ không thể thiếu cho kỹ thuật viên. Giáo trình hướng dẫn cách đọc và phân tích các sơ đồ này, đặc biệt là các mạch liên quan đến hệ thống hybrid. Ví dụ, khi gặp lỗi liên quan đến hệ thống khởi động "READY", kỹ thuật viên cần dựa vào sơ đồ để kiểm tra mạch của các rơ le SMR, mạch tín hiệu từ ECU hybrid đến các bộ phận khác. Việc kết hợp mã lỗi từ máy chẩn đoán với thông tin trên sơ đồ mạch điện cho phép khoanh vùng và xác định nguyên nhân gốc rễ của sự cố một cách nhanh chóng và chính xác.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô toàn cầu phải đối mặt với các quy định khí thải ngày càng nghiêm ngặt và nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, các giải pháp giảm tiêu hao nhiên liệu và bảo vệ môi trường trở thành ưu tiên hàng đầu. Bên cạnh các xu hướng phát triển phương tiện sử dụng nhiên liệu hydro, pin mặt trời hay xe thuần điện (vốn còn nhiều rào cản về hạ tầng trạm sạc và giá thành công nghệ tại Việt Nam), ô tô Hybrid nhiệt - điện (kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện) được xác định là giải pháp chuyển tiếp khả thi và hiệu quả nhất. Dòng xe này cho phép cắt giảm đáng kể lượng phát thải độc hại ra môi trường và tiết kiệm đến một nửa lượng tiêu hao nhiên liệu so với các hệ thống truyền động truyền thống.

Tại Việt Nam, việc tiếp cận tài liệu kỹ thuật chuyên sâu và trực quan về ô tô Hybrid trong công tác đào tạo chuyên ngành kỹ thuật ô tô vẫn còn gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của các cụm truyền động cơ điện tử tích hợp và hệ thống điều khiển điện áp cao. Đồ án tốt nghiệp "Giáo trình điện tử chuyên đề Ô tô Hybrid" được thực hiện tại Bộ môn Động cơ, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm cung cấp một tài liệu giảng dạy và học tập trực quan, hiện đại hóa phương pháp tiếp cận công nghệ xe Hybrid.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác lập cụ thể gồm 3 nội dung:

1. Tìm hiểu và nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các hệ thống trên ô tô Hybrid.
2. Biên soạn tập thuyết minh chi tiết về cấu tạo và nguyên lý của các cụm hệ thống trên ô tô Hybrid.
3. Tổng hợp cơ sở lý thuyết, lập trình mô phỏng các cơ cấu truyền động và dòng năng lượng, thiết kế giao diện giáo trình điện tử phục vụ công tác giảng dạy và tự học.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cấu tạo, nguyên lý vận hành, các trạng thái phân chia công suất và hệ thống điện cao áp trên dòng xe Toyota Prius (hệ thống truyền động Toyota Hybrid System - THS/THS II); phương pháp xây dựng hoạt cảnh mô phỏng kỹ thuật và phần mềm giáo trình điện tử đa phương tiện.
• Phạm vi không gian và thời gian: Đề tài được triển khai và hoàn thành tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ ngày 02/03/2020 đến ngày 17/08/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật

Đề tài dựa trên các nguyên lý kỹ thuật cơ bản và chuyên ngành ô tô:

• Lý thuyết nhiệt động học động cơ đốt trong: Khảo sát chu trình Atkinson ứng dụng trên động cơ 1NZ-FXE, phân tích sự lệch pha giữa hành trình nén và hành trình giãn nở nhằm tối ưu hóa hiệu suất nhiệt và giảm tiêu hao nhiên liệu.
• Lý thuyết máy điện và điều khiển điện tử công suất: Phân tích nguyên lý làm việc của động cơ/máy phát điện đồng bộ ba pha kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Synchronous Motor), mạch cầu nghịch lưu ba pha sử dụng van công suất IGBT (Intelligent Power Module - IPM), mạch nâng áp (Boost converter) và mạch hạ áp một chiều (DC-DC converter).
• Động học hệ bánh răng hành tinh: Khảo sát bộ phân chia công suất (Power Split Device - PSD) dựa trên phương trình cân bằng vận tốc góc và phân bổ mô-men giữa trục động cơ đốt trong, máy phát MG1 và mô-tơ kéo MG2/trục dẫn động bánh xe.
• Lý thuyết an toàn và lưu trữ năng lượng cao áp: Cấu trúc khối ắc quy niken-kim loại hydrua (Ni-MH), nguyên lý hoạt động của cụm rơ-le chính (System Main Relay - SMR) và hệ thống phanh tái sinh năng lượng (Regenerative Braking System).

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài kết hợp đồng thời các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật và công nghệ thông tin:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu chuyên ngành: Thu thập, dịch thuật và hệ thống hóa tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chính hãng (Service Manuals của dòng xe Toyota Prius), cẩm nang đào tạo kỹ thuật Toyota Hybrid System (THS I, THS II).
• Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và đối chiếu mô hình: Quan sát, khảo sát cấu tạo và đo kiểm các cụm chi tiết trên mô hình cắt bổ và thiết bị giảng dạy hiện có tại Khoa Cơ khí Động lực.
• Phương pháp mô hình hóa và lập trình tương tác: Sử dụng phần mềm đồ họa vector Macromedia Flash, biên soạn kịch bản sư phạm và lập trình điều khiển đối tượng bằng ngôn ngữ ActionScript để xây dựng các hoạt cảnh mô phỏng dòng năng lượng, các trạng thái pha điện áp và cơ chế phân phối công suất.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu sử dụng trong đồ án bao gồm: tài liệu đào tạo của hãng Toyota về động cơ 1NZ-FXE và hệ thống THS/THS II; cơ sở dữ liệu mã lỗi và quy trình chẩn đoán từ phần mềm chuyên dụng Toyota Techstream và máy chẩn đoán đa năng Autel MaxiSys 808; các thông số kỹ thuật đo đạc từ giắc kết nối của hệ thống nút bấm thông minh, công tắc bàn đạp phanh và cảm biến vị trí cần số.

Thiết kế và triển khai giáo trình điện tử và mô phỏng

Kiến trúc giao diện giáo trình điện tử

Giáo trình điện tử được cấu trúc theo mô hình phân cấp gồm hai tầng giao diện chính:

• Giao diện thư mục tổng (Main Interface): Cung cấp cây menu điều hướng liên kết đến 8 chủ đề nội dung lớn của chuyên đề ô tô Hybrid.
• Giao diện thư mục con (Sub-interfaces): Mỗi thư mục con được thiết kế đồng bộ với 4 phân khu chức năng:
  • Phần lý thuyết: Văn bản và sơ đồ giải thích cấu tạo, nguyên lý làm việc kết hợp thanh cuộn (Scroll bar) điều hướng nội dung dài.
  • Phần mô phỏng: Tích hợp khung hoạt hình Flash tương tác cho phép người học thao tác trực tiếp với các nút bấm điều khiển (Play, Stop, Next, Previous, Reset).
  • Phần kiểm tra chẩn đoán: Quy trình đo kiểm chân giắc, bảng giá trị điện áp tiêu chuẩn và phương pháp sử dụng thiết bị chẩn đoán.
  • Phần câu hỏi củng cố: Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm tương tác giúp tự đánh giá mức độ tiếp thu kiến thức.

Kỹ thuật lập trình và xử lý hoạt hình trên Macromedia Flash

Để xây dựng các mô phỏng động, tác giả đã ứng dụng các công cụ và cấu trúc lệnh ActionScript chuyên biệt:

• Kỹ thuật đồ họa và phân lớp: Sử dụng các bảng điều khiển Timeline, quản lý các Layer riêng biệt cho khung nền (background), đường dẫn (guide layer) và đối tượng chuyển động (motion layer); ứng dụng kỹ thuật tạo chuyển động biến đổi tịnh tiến (Motion Tween), chuyển động theo quỹ đạo cong (Motion Guide), biến đổi hình dạng (Shape Tween) và kỹ thuật hiển thị chuyển tiếp khung hình mờ (Onion Skin).
• Ngôn ngữ kịch bản ActionScript:
  • Lệnh điều hướng dòng thời gian: play(), stop(), gotoAndPlay(), gotoAndStop(), nextFrame(), prevFrame().
  • Lệnh xử lý sự kiện tương tác chuột trên các nút điều khiển: on (release) { ... }.
  • Lệnh liên kết mô-đun và nhúng tệp ngoài: loadMovie(), getURL().

Các cụm mô phỏng kỹ thuật được xây dựng

1. Mô phỏng bộ biến tần cho động cơ điện/máy phát (Inverter MG): Mô phỏng chu trình tăng điện áp từ 201,6V lên 500V DC qua cuộn cảm nâng áp và tụ điện; mô phỏng 5 trạng thái cấp điện áp ba pha (U, V, W) từ bộ nghịch lưu IGBT cấp cho stator của động cơ điện; mô phỏng chu trình hãm tái sinh và chỉnh lưu dòng điện sạc ngược về ắc quy cao áp.
2. Mô phỏng bộ biến tần máy nén điều hòa (Inverter A/C): Mô phỏng quá trình nạp tụ và điều khiển dòng xoay chiều ba pha cấp cho mô-tơ máy nén độc lập với động cơ đốt trong.
3. Mô phỏng bộ chuyển đổi điện một chiều (DC-DC Converter): Mô phỏng quá trình biến đổi điện một chiều cao áp (201,6V) thành điện xoay chiều cao tần, hạ áp qua biến áp xung, chỉnh lưu thành dòng một chiều 12V nạp cho ắc quy phụ và cấp cho mạng điện thân xe.
4. Mô phỏng hệ thống rơ-le chính (System Main Relay - SMR): Mô phỏng trình tự kích hoạt theo thời gian thực: ECU cấp nguồn đóng rơ-le SMR3 (cực âm) và SMR1 (cực dương qua điện trở hạn dòng để nạp tụ bảo vệ chống sốc điện), sau đó đóng SMR2 (cực dương song song) và ngắt SMR1; mô phỏng quy trình ngắt mạch an toàn khi tắt khóa điện.
5. Mô phỏng bộ phân chia công suất (Power Split Device - PSD): Mô phỏng trực quan tương quan chuyển động của bộ bánh răng hành tinh ở các chế độ: khởi hành thuần điện (Engine dừng, MG1 quay ngược không tải, MG2 dẫn động), chạy ổn định có động cơ xăng tham gia, tăng tốc toàn tải và chế độ lùi xe (đảo chiều quay của MG2).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ vấn đề ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch. Tác giả phân tích lý do chọn hướng nghiên cứu ô tô Hybrid nhiệt - điện như một giải pháp phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật tại Việt Nam. Chương này xác định rõ mục tiêu, 3 nhiệm vụ nghiên cứu, phương pháp thực hiện dựa trên việc kết hợp nghiên cứu lý thuyết, biên dịch tài liệu chuyên ngành và ứng dụng phần mềm Macromedia Flash để tạo giáo trình điện tử.

Chương 2: Ứng dụng Macromedia Flash để mô phỏng các bộ phận chính trên ô tô Hybrid

Chương 2 tập trung giới thiệu môi trường làm việc của phần mềm Macromedia Flash (thanh menu, thanh công cụ, Timeline, các bảng lệnh ActionScript). Tác giả trình bày chi tiết các bước thiết kế hoạt hình từ cơ bản (chuyển động thẳng, chuyển động theo đường dẫn parabol, biến đổi hình dạng) đến việc gắn mã ActionScript cho các nút điều khiển (play, stop, gotoAndPlay).

Nội dung trọng tâm của chương là triển khai các kịch bản mô phỏng kỹ thuật chi tiết cho các cụm chi tiết trên xe Hybrid:

• Bộ biến tần MG (quá trình tăng áp từ 201,6V lên 500V, chu trình nạp tụ, 5 trường hợp phân bố cực tính điện áp ba pha U-V-W khi cấp nguồn và khi phát điện sạc).
• Bộ biến tần điều hòa A/C.
• Bộ chuyển đổi điện DC-DC (nghịch lưu, hạ áp, chỉnh lưu nạp cho mạng 12V).
• Cụm rơ-le chính SMR và quy trình đóng ngắt bảo vệ ắc quy cao áp.
• Các chế độ hoạt động của nguồn cao áp ("READY" khi ắc quy đầy và khi ắc quy yếu).
• Bộ phân chia công suất PSD ở các trạng thái vận hành kết hợp động cơ xăng và mô-tơ điện.

Chương 3: Ứng dụng Macromedia Flash trong thiết kế giáo trình điện tử

Chương 3 trình bày tiến trình xây dựng hoàn chỉnh giao diện phần mềm giáo trình điện tử. Tác giả hướng dẫn cách tạo Layer nền, thiết kế các nút bấm điều hướng, định dạng khối văn bản, thiết lập đối tượng Movie Clip và tạo thanh kéo (slider/scrollbar) để kiểm soát nội dung dài.

Chương này minh họa kết quả thiết kế cụ thể của 8 thư mục giao diện:

1. Thư mục Tổng quan.
2. Thư mục Ô tô Hybrid.
3. Thư mục Động cơ đốt trong / Motor.
4. Thư mục Bộ phân chia công suất.
5. Thư mục Bộ chuyển đổi điện.
6. Thư mục Hệ thống nguồn cao áp.
7. Thư mục Các hệ thống khác.
8. Thư mục Chẩn đoán.

Mỗi thư mục con đều được tích hợp đầy đủ nội dung lý thuyết, cửa sổ chạy mô phỏng, phần hướng dẫn kiểm tra chẩn đoán và hệ thống câu hỏi củng cố.

Chương 4: Cơ sở lý thuyết xây dựng giáo trình điện tử chuyên đề Ô tô Hybrid

Chương 4 là phần nội dung lý thuyết kỹ thuật chiếm dung lượng lớn nhất (từ trang 67 đến 156), hệ thống hóa toàn bộ kiến thức chuyên sâu về công nghệ ô tô Hybrid:

• Tổng quan và phân loại ô tô Hybrid: Trình bày lịch sử phát triển, ưu nhược điểm, phân loại theo cấu trúc dòng công suất (nối tiếp - Series, song song - Parallel, hỗn hợp - Series-Parallel/Combined) và theo mức độ hybrid hóa (Micro, Mild, Full, Plug-in Hybrid). Khảo sát sự tiến hóa của mẫu xe Toyota Prius qua 3 thế hệ (THS I, THS II).
• Động cơ đốt trong và máy điện: Phân tích kết cấu động cơ xăng 1NZ-FXE dung tích 1.5L hoạt động theo chu trình Atkinson, tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên VVT-i và bướm ga điện tử ETCS-i. Khảo sát cấu tạo động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu có rotor dạng chữ V, stator ba pha và cảm biến vị trí góc quay Resolver.
• Bộ phân chia công suất (PSD): Phân tích cấu tạo bộ bánh răng hành tinh gồm bánh răng mặt trời (Sun gear nối với máy phát MG1), cần dẫn (Planetary carrier nối với trục khuỷu động cơ xăng) và vành răng bao (Ring gear nối với mô-tơ kéo MG2 và truyền lực cuối cùng đến bánh xe). Thiết lập các phương trình vận tốc và mô tả chi tiết các chế độ vận hành (khởi động, tăng tốc, giảm tốc, đảo chiều quay).
• Cụm biến tần và chuyển đổi điện (Inverter/Converter Assembly): Cấu tạo khối module công suất thông minh IPM, tụ điện cao áp, điện trở xả điện, bộ nâng áp Buck/Boost converter, bộ biến tần điều hòa A/C và khoang làm mát biến tần bằng dung dịch chuyên dụng.
• Hệ thống nguồn cao áp: Khảo sát cụm pin Ni-MH, ECU điều khiển ắc quy cao áp (HV Battery ECU), cảm biến đo dòng điện, các cảm biến nhiệt độ module và đường ống hút khí làm mát, hệ thống quạt thông gió làm mát pin, cụm rơ-le chính SMR và ắc quy phụ 12V.
• Các hệ thống điều khiển phụ trợ: Hệ thống khởi động nút nhấn thông minh (Smart Key), cảm biến vị trí cần số điện tử, hệ thống phanh điều khiển điện tử (ECB) tích hợp van tuyến tính (Linear Solenoid) và cảm biến hành trình bàn đạp phanh, hệ thống điều hòa không khí sử dụng lốc nén điện tích hợp biến tần.
• Quy trình chẩn đoán hệ thống: Trình bày phương pháp sử dụng máy chẩn đoán Autel MaxiSys 808 và phần mềm Toyota Techstream; các bước kiểm tra, đo thông mạch và điện áp chân giắc của công tắc nút nguồn Start/Stop, công tắc đèn phanh và cảm biến vị trí cần số (giắc S5).

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Chương 5 tóm tắt các kết quả đạt được sau quá trình thực hiện đồ án, khẳng định đã hoàn thành đầy đủ các nhiệm vụ đề ra bao gồm thuyết minh kỹ thuật và file phần mềm giáo trình điện tử hoàn chỉnh. Tác giả nêu các kiến nghị phát triển đề tài: nâng cấp đồ họa mô phỏng sang không gian 3D, mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các dòng xe Plug-in Hybrid và thuần điện (EV) thế hệ mới.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật và sản phẩm cụ thể

Đồ án đã hoàn thành hai sản phẩm chính:

1. Tập thuyết minh đồ án tốt nghiệp: Dày 158 trang, hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết, nguyên lý cơ điện tử, cấu tạo chi tiết và quy trình chẩn đoán các hệ thống trên xe Toyota Prius.
2. Phần mềm giáo trình điện tử đa phương tiện: Được đóng gói hoàn chỉnh bằng Macromedia Flash, chứa 8 mô-đun bài học tương tác với hàng chục hoạt cảnh mô phỏng kỹ thuật độc lập.

Hệ thống / Bộ phận	Cấu hình kỹ thuật trên xe nghiên cứu (Toyota Prius)	Chức năng mô phỏng & tài liệu hóa trong đồ án
Động cơ đốt trong	Động cơ xăng 1NZ-FXE, 1.5L, chu trình Atkinson, VVT-i, ETCS-i	Phân tích đồ thị công P-V, cấu tạo xupap, hệ thống mã hóa khóa động cơ
Động cơ điện / Máy phát	Động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (MG1 và MG2), rotor chữ V, cảm biến Resolver	Hoạt cảnh từ trường quay Stator ba pha, 5 trạng thái đảo chiều cực tính U-V-W
Bộ phân chia công suất (PSD)	Bộ bánh răng hành tinh: Bánh răng mặt trời (MG1), Cần dẫn (Động cơ), Vành răng bao (MG2/Bánh xe)	Mô phỏng động học phân chia mô-men và tốc độ ở các chế độ: EV Mode, Normal, Boost, Reverse
Bộ biến đổi công suất	Cụm Inverter/Converter, mạch nâng áp Boost converter, biến tần A/C, bộ DC-DC	Hoạt ảnh nâng điện áp 201,6V lên 500V, mạch hạ áp sạc ắc quy 12V, mạch xả tụ
Nguồn điện cao áp	Ắc quy Ni-MH (201,6V), HV ECU, cụm SMR (SMR1, SMR2, SMR3), quạt làm mát	Mô phỏng quy trình đóng ngắt bảo vệ chống sốc điện của 3 rơ-le SMR; đo kiểm cảm biến dòng/nhiệt
Hệ thống điều khiển & phụ trợ	Smart Key, cần số điện tử, phanh điện tử ECB, máy nén lốc điện A/C	Sơ đồ mạch điện, đo kiểm tín hiệu nút Start, công tắc phanh, giắc cảm biến S5

Giải pháp và đóng góp của đề tài

• Giải pháp chuyển đổi số trong đào tạo: Đề tài đã trực quan hóa những khái niệm cơ điện tử phức tạp và trừu tượng (như sự chuyển dịch năng lượng trong hệ bánh răng hành tinh và sự biến đổi điện áp ba pha bên trong bộ biến tần IGBT) thành các mô hình động tương tác có thể kiểm soát tốc độ và trạng thái.
• Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Cung cấp tài liệu tra cứu kỹ thuật hệ thống hóa bằng tiếng Việt về dòng xe Toyota Prius, kết hợp giữa lý thuyết cấu tạo, mạch điện điều khiển và hướng dẫn chẩn đoán thực tế bằng thiết bị Techstream và Autel 808.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Mô hình mô phỏng được xây dựng trên nền tảng Macromedia Flash dưới dạng đồ họa vector 2D, chưa thể hiện được không gian kết cấu ba chiều (3D) của các cụm chi tiết cơ khí phức tạp.
  • Phần kiểm tra chẩn đoán trong đồ án mới dừng lại ở việc kiểm tra tín hiệu điện áp tĩnh và thông mạch tại các công tắc/cảm biến cơ bản (nút nguồn, công tắc chân phanh, cảm biến vị trí số) và sử dụng dữ liệu mẫu từ máy chẩn đoán, chưa bao quát toàn bộ danh mục mã lỗi chẩn đoán (DTC) của hệ thống điều khiển nguồn cao áp và biến tần trong điều kiện xe vận hành thực tế trên đường.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Nâng cấp và chuyển đổi nền tảng giáo trình điện tử từ Flash sang các công nghệ web hiện đại (HTML5/WebGL, Unity 3D) nhằm tăng tính tương thích trên các thiết bị di động.
  • Xây dựng thêm các bài học thực hành ảo, mô phỏng chuyên sâu các hư hỏng giả lập và quy trình an toàn khi tháo lắp, sửa chữa cụm ắc quy cao áp và bộ Inverter trên xe thực tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án là nguồn tài liệu hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Cơ điện tử: Dùng làm tài liệu học tập, tra cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực Hybrid, hệ thống phân chia công suất bánh răng hành tinh và hệ thống điện cao áp.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng các file mô phỏng Flash và cấu trúc bài giảng điện tử làm học liệu trực quan phục vụ công tác giảng dạy lý thuyết và thực hành các môn học về Ô tô thế hệ mới, Hệ thống điện - điện tử ô tô.
• Kỹ thuật viên ô tô: Tham khảo cấu tạo cụm Inverter/Converter, hệ thống rơ-le SMR, mạch phanh tái sinh và các bước đo kiểm chân giắc cảm biến trên dòng xe Toyota Hybrid.

Các phần có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án bao gồm: Chương 2 (các bước xây dựng mô phỏng nguyên lý biến tần và SMR) và Chương 4 (toàn bộ nội dung phân tích động học bộ PSD, hệ thống điều khiển ắc quy cao áp và mạch điện các hệ thống phụ trợ).

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ đốt trong 1NZ-FXE trên xe Toyota Prius ứng dụng chu trình nhiệt động nào và có ưu điểm gì so với động cơ xăng truyền thống?
Động cơ 1NZ-FXE sử dụng chu trình nhiệt động Atkinson kết hợp công nghệ điều khiển van biến thiên VVT-i. Chu trình này duy trì van nạp mở trễ hơn trong kỳ nén, làm cho tỷ số giãn nở thực tế lớn hơn tỷ số nén, từ đó tận dụng tối đa năng lượng giãn nở của khí cháy, nâng cao hiệu suất nhiệt và giảm mức tiêu hao nhiên liệu.

2. Điện áp một chiều từ cụm ắc quy cao áp trên xe Toyota Prius được biến đổi như thế nào trước khi cấp cho các mô-tơ điện?
Cụm ắc quy cao áp Ni-MH cung cấp điện áp danh định 201,6V DC. Dòng điện này đi qua mạch nâng áp (Boost converter) bên trong cụm Inverter để tăng điện áp lên mức tối đa 500V DC, sau đó được tích trữ vào cụm tụ điện trước khi đi qua khối van công suất thông minh IPM (sử dụng 6 tổ hợp IGBT) để chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều ba pha điều khiển động cơ/máy phát MG1 và MG2.

3. Hệ thống rơ-le chính SMR (System Main Relay) gồm mấy rơ-le và nguyên lý đóng ngắt diễn ra như thế nào?
Hệ thống SMR gồm 3 rơ-le (SMR1, SMR2, SMR3). Khi khởi động xe sang chế độ "READY", ECU đóng đồng thời SMR3 (cực âm) và SMR1 (cực dương nối tiếp với điện trở hạn dòng để nạp từ từ cho tụ điện của bộ biến tần, chống dòng xung kích phá hỏng tiếp điểm). Sau khi tụ nạp đầy, ECU đóng SMR2 (cực dương chính không qua điện trở) và ngắt SMR1. Khi tắt xe, ECU ngắt toàn bộ các rơ-le để cách ly hoàn toàn nguồn điện cao áp.

4. Cấu tạo cơ học của bộ phân chia công suất PSD (Power Split Device) liên kết các nguồn động lực như thế nào?
Bộ PSD thực chất là một bộ bánh răng hành tinh: Bánh răng mặt trời (Sun gear) liên kết trực tiếp với trục của máy phát điện MG1; Cần dẫn hành tinh (Planetary carrier) liên kết với trục khuỷu của động cơ đốt trong; Vành răng bao (Ring gear) liên kết trực tiếp với mô-tơ kéo MG2 và cụm truyền lực cuối cùng dẫn động ra các bánh xe chủ động.

5. Những công cụ và phần mềm nào được tác giả sử dụng để thiết kế giáo trình và phục vụ chẩn đoán kỹ thuật?
Để thiết kế giao diện và lập trình hoạt cảnh mô phỏng, tác giả sử dụng phần mềm Macromedia Flash kết hợp ngôn ngữ lập trình ActionScript 2.0. Để phục vụ khảo sát và kiểm tra chẩn đoán các thông số mạch điện trên xe, tác giả sử dụng thiết bị chẩn đoán đa năng Autel MaxiSys 808 và phần mềm chẩn đoán chuyên hãng Toyota Techstream.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Giáo trình điện tử chuyên đề Ô tô Hybrid" của sinh viên Trần Quang Sơn và Nguyễn An Hoàng Việt đã giải quyết hoàn chỉnh mục tiêu nghiên cứu kỹ thuật và thiết kế công cụ đào tạo trực quan cho công nghệ xe Hybrid Toyota Prius. Bằng việc kết hợp giữa tổng hợp lý thuyết cơ điện tử chuyên sâu và lập trình mô phỏng trên nền tảng Macromedia Flash, đề tài đã cụ thể hóa sinh động các nguyên lý phức tạp như dòng năng lượng biến tần, hoạt động phân chia công suất PSD và cơ chế đóng ngắt bảo vệ rơ-le SMR. Kết quả của đồ án vừa mang tính ứng dụng sư phạm thiết thực cho công tác giảng dạy tại Khoa Cơ khí Động lực, vừa đóng vai trò là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho sinh viên và kỹ thuật viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN. Nội dung nghiên cứu:. Phương pháp nghiên cứu:. 3 Chương 2: ỨNG DỤNG MACROMEDIA FLASH ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRÊN Ô TÔ HYBRID.

Tổng quan Macromedia Flash. Thao tác với Macromedia Flash .1 Menu bar (Main toolbar)-Thanh tiêu đề:. Edit bar-Thanh trạng thái:. Tools-Thanh công cụ (windows > tool) chứa các công cụ:.

Panel-Các bảng lệnh: (Windows > Design panel và coloDevelopment panel) .3 Các bước thực hiện mô phỏng trên Macromedia Flash. Xác định đối tượng mô phỏng. Quá trình thực hiện mô phỏng một đối tượng. Tạo một hoạt hình đơn giản bằng cách đưa các hình ảnh bên ngoài vào các Frame trên Timeline.

Tạo một chuyển động thẳng đơn giản. Chuyển động theo đường dẫn. Ứng dụng Macromedia để mô phỏng các bộ phận chính trên ô tô. Mô phỏng bộ biến tần cho MG (INVERTER MG).

Cơ sở lý thuyết bộ biến tần MG. Mô phỏng và kết quả mô phỏng. Mô phỏng bộ biến tần A/C cho máy nén (INVERTER A/C). Mô phỏng và kết quả mô phỏng.

Mô phỏng bộ chuyển đổi điện DC-DC (DC-DC CONVERTER). Mô phỏng và kết quả mô phỏng. Mô phỏng hệ thống Rơ le chính (SMR). Mô phỏng và kết quả mô phỏng.

Mô phỏng các chế độ hoạt động của hệ thống nguồn cao áp. Mô phỏng và kết quả mô phỏng. Mô phỏng bộ phân chia công suất (PSD). Mô phỏng và kết quả mô phỏng.

43 Chương 3: ỨNG DỤNG MACROMEDIA FLASH TRONG THIẾT KẾ GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ. Tiến trình thiết kế giáo trình điện tử. Hướng dẫn thiết kế giao diện cho thư mục tổng. Hướng dẫn thiết kế giao diện cho thư mục con.

Kết quả giao diện thiết kế. Giao diện thư mục tổng .2 Giao diện thư mục con. Mở rộng và hướng phát triển. 66 iv Chương 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CHUYÊN ĐỀ Ô TÔ HYBRID.

Giới thiệu về ô tô Hybrid. Lịch sử phát triển về ô tô Hybrid. Khái quát về ô tô Hybrid. Ưu điểm của ô tô Hybrid.

Nhược điểm của ô tô Hybrid. Ưu điểm của ô tô Hybrid. Phân loại ô tô Hybrid. Phân loại theo kiểu truyền động.

Phân loại theo mức độ Hybrid hóa. Giới thiệu về Toyota Prius. Toyota Prius thế hệ đầu tiên. Toyota Prius thế hệ thứ hai.

Toyota Prius thế hệ thứ ba. Động cơ đốt trong - Động cơ điện. Động cơ 1NZ-FXE. Tổng quan động cơ 1NZ - FXE.

Cấu tạo động cơ 1NZ – FXE. Các hệ thống phụ trên động cơ 1NZ - FXE. Tổng quan về động cơ điện đối với các dòng xe Hybrid. Động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu.

Động cơ điện không đồng bộ. Các bộ phận khác. Bộ phân chia công suất. Tổng quan bộ phân chia công suất.

Giới thiệu bộ phân chia công suất (PSD). Cấu tạo bộ bánh răng hành tinh. Phân tích khớp truyền động tốc độ. Cấu tạo bộ phân chia công suất.

Cấu tạo bộ phân chia công suất. Cấu tạo hệ bánh răng truyền động. Nguyên lý hoạt động bộ phân chia công suất. Hệ thống Hybrid Toyota.

Giới thiệu chung. Các hệ thống Hybrid Toyota. Bộ chia điện. Tổng quan bộ chia điện.

Cấu tạo bộ chuyển đổi điện. Cấu tạo bộ biến tần MG1 và MG2:. Bộ biến đổi tăng cường .3: Bộ chuyển đổi DC – DC. Hệ thống làm mát .3 Nguyên lý hoạt động.

Hệ thống nguồn cao áp. Tổng quan nguồn cao áp. Cấu tạo hệ thống nguồn cao áp. ECU điều khiển.

Hệ thống Relay chính (SMR). Ắc quy phụ trợ. Hệ thống điều khiển ắc quy cao áp. Các hệ thống khác.

Hệ thống nút nhấn chìa khóa thông minh. Hệ thống cần chuyển số. Hệ thống phanh điện tử. Hệ thống điều hòa nhiệt độ.

Chẩn đoán các hệ thống. Chẩn đoán trên xe .Kiểm tra nút nhấn nguồn. Chìa khóa thông minh (Smart key). Chẩn đoán hệ thống cần chuyển số.

155 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 157 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 158 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU MG1: Motor generator 1 MG2 : Motor generator 2 PSD: Power split device ECU: Electric control unit HV ECU: Hybrid vehicle electric control unit SOC: Stage of charge Ni-MH: Nickel-metal hydride SMR: System main relay ABS: Anti-lock braking system IPM: Intelligent power module DC: Direct current AC: Alternating current A/C: Air conditioner IGBT: Insulated gate bipolar transistor viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1. 1: Cấu tạo xe Hybrid.

1: Giao diện Macromedia Flash. 2 : Timeline-Thanh tiến trình. 3: Color mixer- Transform. 4: Nơi nhập các dòng lệnh actionscript.

5: Hình ảnh minh họa. 6: Tạo bánh xe. 7: Tạo bánh xe di chuyển. 8: Tạo bánh xe quay.

9: Tạo nền cho chuyển động. 10: Tạo quả bóng chuyển động. 11: Tạo chuyển động cho quả bóng. 12: Tạo chuyển động cho quả bóng.

13 Tạo chuyển động cho quả bóng. 14: Tạo cách biến hình. 16: Tạo nút điều khiển cho từng frame. 17: Viết lệnh cho nút điều khiển.

18: Viết lệnh cho nút điều khiển. 19: Viết lệnh cho nút điều khiển. 20: Viết lệnh cho nút điều khiển. 21: Cấu tạo của bộ biến tần MG.

22: Biểu đồ điện áp khi ắc quy cao áp cấp điện cho MG. 23: Biểu đồ điện áp khi MG sạc cho ắc quy cao áp. 24: Mô phỏng quá trình tăng áp. 25: Mô phỏng quá trình nạp vào tụ.

26: Pha W dương, pha V âm, pha U bằng không. 27: Pha W dương, pha V âm, pha U âm. 28: Pha W bằng không, pha V âm, pha U dương. 29: Pha W âm, pha V âm, pha U dương.

30: Pha W âm, V bằng không, U dương. 31: Pha V dương, W âm, U bằng không. 32: :Pha V dương, pha W âm, pha U âm. 33: Pha V dương, Pha W bằng không, pha U âm.

34: Pha V dương, pha W dương, pha U âm. 35: Pha V bằng không, pha W dương, pha U âm. 36: Mô phỏng quá trình hạ áp. 37: Mô phỏng quá trình nạp vào tụ.

38: Mô phỏng quá trình tụ nạp điện về ắc quy cao áp. 39: Cấu tạo của bộ biến tần A/C. 40: Biểu đồ điện áp ắc quy cao áp cấp điện cho A/C. 41: Mô phỏng quá trình nạp vào tụ.

42: Pha W dương, pha V âm, pha U bằng không. 43: Pha W dương, pha V âm, pha U âm. 44: Pha W bằng không, pha V âm, pha U dương. 45: Pha W âm, V bằng không, U dương.

46: Sơ đồ điện áp từ ắc quy cao áp qua bộ chuyển đổi điện DC-DC. 47: Cấu tạo bộ chuyển đổi điện DC-DC. 48: Quá trình chuyển đổi điện một chiều DC thành điện xoay chiều AC và quá trình hạ áp. 49: Quá trình chỉnh lưu chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều và quá trình nạp vào tụ.

50: Quá trình tụ điện nạp về ắc quy 12V. 51: Sơ đồ cấu tạo hệ thống rơ le chính (SMR). 52: Điện áp từ ECU cấp cho cuộn dây của rơ le 3 và rơ le 1. 53: Quá trình ắc quy cao áp cấp điện cho bộ biến tần qua rơ le 3 và rơ le 1.

54: Điện áp từ ECU cấp cho cuộn dây của rơ le 2. 55: Quá trình ắc quy cao áp cấp điện cho bộ biến tần qua rơ le 2 và rơ le 3. 56: Quá trình ECU ngắt điện áp khỏi cuộn dây. 57: Quá trình ngắt điện của ắc quy cao áp.

58: Sơ đồ hệ thống điều khiển nguồn cao áp. 62: Chế độ “READY” khi ắc quy trong trạng thái đầy “HIGH”. 63: Chế độ “READY” khi ắc quy trong trạng thái áp thấp “LOW”. 64: Cấu tạo bộ phân chia công suất (PSD).

67: Chế độ “WITH ENGINE”. 1: Tạo Layer nền. 2: Tạo Layer nền. 3: Chọn màu cho nút điều khiển.

4: Canh chỉnh vị trí cho nút. 5: Nhập lệnh cho nút bấm. 6: Sắp xếp các nút điều khiển phù hợp với nền. 7: Nhập lệnh cho nút bấm.

8: Chỉnh định dạng cho văn bản. 9: Đặt tên cho “Movie Clip”. 10: Đặt tên cho “Movie Clip”. 11: Đặt tên cho “Movie Clip”.

12: Tạo thanh kéo. 13: Nhập câu lệnh điều khiển cho thanh kéo. 14: Nhập lệnh điều khiển giữa thanh kéo và “Movie Clip”. 15: Nhập lệnh điều khiển giữa thanh kéo và “Movie Clip”.

16: Tạo khung hiển thị cho “Movie Clip”. 17: Thư mục tổng. 18: Danh sách các thư mục con. 19: Thư mục tổng quan.

20: Thư mục ô tô hybrid. 21: Thư mục động cơ đốt trong/ motor. 22: Thư mục bộ phân chia công suất. 23: Thư mục bộ chuyển đổi điện.

24: Thư mục hệ thống nguồn cao áp. 25: Thư mục các hệ thống khác. 26: Thư mục chẩn đoán. 27: Thư mục con của bộ chuyển đổi điện.

28: Các nội dung chính trong thư mục con. 29: Thư mục con về bộ chuyển đổi DC-DC. 30: Mô phỏng bộ chuyển đổi DC-DC. 31: Thư mục kiểm tra chẩn đoán bộ chuyển đổi DC-DC.

32: Thư mục câu hỏi củng cố. 1: Prius chính là "lá cờ đầu" trong phân khúc xe Hybrid. 2: Biểu đồ thể hiện mức tiết kiệm nhiên liệu của ô tô hybrid. 3: So sánh giữa các công nghệ ắc quy cao áp.

4: Chức năng Automatic Start/Stop. 5: Mô hình hybrid nối tiếp. 6: Mô hình hybrid song song. 7: Mô hình hybrid kết hợp.

8: Động cơ 1NZ-FXE. 9: Đồ thị Áp suất-Thể tích (P-V) mô tả chu trình Atkinson trên lý thuyết. 10: Thân động cơ 1NZ – FXE. 11: Nắp động cơ 1NZ-FXE.

12: Cấu tạo và vị trí của Xup – pap. 13: Cấu tạo hệ thống VVT – i. 14: Cấu tạo hệ thống ETCS – i. 15: Hệ thống mã hóa khóa động cơ xe Hybrid.

16: Đường đặc tính của động cơ điện và động cơ đốt trong. 17: Động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu. 20: Ba cuộn dây trên stator. 21: Trạng thái pha V dương, pha W âm.

22: Trạng thái pha U dương, pha V âm. 23: Trạng thái pha W dương, pha U âm. 24: Rotor nam châm vĩnh cửu hình chữ V. 25: Hoạt động của Motor.

26: Quá trình tạo ra điện bởi vùng từ trường .