Chương 1: TỔNG QUAN VỀ XE HYBRID 1. Lý do chọn đề tài Ngành công nghiệp ô tô trên thế giới đang ngày càng phát triển song song với sự phát triển của xã hội công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Tuy nhiên thế giới đang phải đối mặt với những vấn đề rất nghiêm trọng về môi trường, về nhiên liệu để phục vụ cho sự phát triển của công nghiệp và ô tô cũng đang chịu sự ảnh hưởng của những vấn đề này. Để giải quyết dần những vấn đề đang hiện có, cuộc cách mạng về nhiên liệu sử dụng cho ô tô đang dần được diễn ra, xe điện và xe Hybrid là những bước đầu tiên cho cuộc cách mạng này.
Xe điện và xe Hybrid cho đến nay đã giải quyết được rất nhiều vấn đề nhiên liệu, với ưu điểm là tiết kiệm hơn, êm ái hơn và hơn nữa là thân thiện hơn với môi trường vì vậy hầu hết các hãng ô tô trên thế giới hiện nay đền có chiến lược sản xuất thêm hai loại xe này. Toyota của Nhật Bản là một trong những hãng ô tô có uy tín hàng đầu thế giới, vì vậy cũng đã có những chiến lược để tham gia vào “cuộc cách mạng nhiên liệu” cho ô tô. Toyota từ năm 1997 đã cho ra mắt mẫu xe Hybrid đầu tiên mang tên Prius, tiếp bước vào những năm tiếp theo là RAV4, Highlander, Camry, Corolla, … và trong năm 2020 này Toyota đã cho ra mắt Toyora Cross Hybrid tại Việt Nam. Toyota Corolla Cross Hybrid sở hữu công nghệ Hybrid thế hệ mới nhất từ Toyota, vì muốn tìm hiểu về hệ thống truyền lực trên dòng xe Hybrid, khác hẳn với những dòng xe thuần xăng hoặc dầu khác trước đây, em chọn xe Toyota Corolla Cross Hybrid vì muốn tiếp cận với những công nghệ mới mà Toyota muốn mang đến cho nền công nghiệp ô tô trên thế giới.
Mục tiêu khai thác Trong đề tài lần này những nội dung mà em khai thác bao gồm: • Tổng quan về ô tô Hybrid • Giới thiệu hệ thống Hybrid trên Toyota Corolla Cross 1. • Tìm hiểu về hệ thống truyền động trên Toyota Corolla Cross 1. 1 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Dương Thành Vải • Tìm hiểu về hệ thống điều khiển Hybrid của Toyota Cross 1. Phương pháp khai thác • Tìm hiểu trên Internet, đọc những tài liệu liên quan đến xe Hybrid và các bộ phận trong hệ thống truyền lực của xe Hybrid.
• Tìm tài liệu về Toyota Corolla Cross 1.8 HV, tài liệu về các thông số của xe, các bộ phận trong hệ thống như bộ chia công suất, pin nhiên liệu, bộ điều khiển, … • Tổng hợp tài liệu và viết báo cáo. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Tài liệu chính thức được công bố như là: “TOYOTA HYBRID SYSTEM II” của công ty TOYOTA nghiên cứu về hiệu quả của hệ thống Hybrid THS-II. Với những đề tài nêu trên thì chưa có đề tài nào đi sâu vào cấu tạo của hệ thống truyền lực Hybrid, đặc biệt là trên dòng xe Corolla Cross 1. Hơn nữa các đề tài cũng chưa có khai thác sâu vào nguyên lí của bộ truyền công suất.
Do đó em đã có hướng đến khai thác về những vấn đề còn tồn động trên. Đối tượng khai thác, phạm vi khai thác Đối tượng khai thác: dòng xe Toyota Corolla Cross 1. Phạm vi khai thác: khai thác về cấu tạo của hệ thống truyền lực, một số hệ thống điều khiển Hybrid và nguyên lí hoạt động của hộp số Hybrid. Tổng quan về xe Hybrid 1.
Công nghệ Hybrid trên xe 1. Khái niệm xe Hybrid Xe Hybrid, thường được gọi là xe lai hay xe lai điện, là loại xe sử dụng hai nguồn động lực dẫn động: động cơ đốt trong và động cơ điện. Sự hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu. Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động.
2 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Dương Thành Vải Nguyên lý hoạt động cơ bản của xe Hybrid là động cơ điện sẽ được sử dụng khi xe vận hành trên những quãng đường ngắn hay cần tốc độ chậm. Ngược lại động cơ xăng được sử dụng trên những quãng đường dài, cần tốc độ cao và để cho mục đích tiết kiệm nhiên liệu thì khi kẹt xe hay xe dừng thì cả hai động cơ sẽ không hoạt động, không mất công suất vô ích. Mục đích chính của xe Hybrid là để tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Không giống như ô tô truyền thống, hệ thống động cơ của xe bao gồm: động cơ xăng, một hay nhiều động cơ điện xoay chiều, ắc quy Hybrid (HV), máy phát điện, chuyển đổi điện áp (PCU) và bộ điều khiển.
Quá trình vận hành của xe chia thành bốn trạng thái chính: khởi hành – tăng tốc – di chuyển – giảm tốc. Mỗi trạng thái đều được tính toán sao cho tiết kiệm nhiên liệu tối đa. Tóm lại, xe Hybrid sử dụng hai loại động cơ kết hợp với nhau. Cho mục đích tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải ra môi trường thì mô hình Hybrid sử dụng phối hợp động cơ điện để động cơ đốt trong vận hành tốt hơn và hiệu quả hơn, không mất công suất vô ích và bảo vệ môi trường.
Lịch sử phát triển xe Hybrid Năm 1899, một chiếc xe Hybrid đầu tiên được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp. Xe là một kiểu lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm động cơ điện và các ắc quy chì.1: Xe Hybrid đầu tiên trên thế giới 3 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Dương Thành Vải Ắc quy sẽ được nạp khi xe đang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ. Khi công suất dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, mô tơ điện sẽ cung cấp thêm công suất cho động cơ. Mẫu xe này là một trong hai chiếc xe Hybrid đầu tiên và là chiếc xe lai song song đầu tiên và không nghi ngờ rằng nó cũng là chiếc xe khởi động cơ điện đầu tiên.
Những xe lai khác, cả hai kiểu song song và nối tiếp đã được chế tạo suốt khoảng thời gian từ 1899 đến 1914. Mặc dù phanh điện đã được sử dụng trong các thiết kế đầu thời gian này nhưng nó không đề cập đến phanh phục hồi năng lượng. Hầu hết, thậm chí tất cả các kiểu xe trên đều sử dụng phanh điện động bằng cách ngắn mạch hoặc lắp đặt điện trở trên phần ứng của mô tơ kéo. Việc sử dụng phổ biến ly hợp điện từ và khớp điện từ cũng cần nhắc đến.1: Động cơ điện được bố trí ở bánh xe Khái niệm xe lai điện trở nên hấp dẫn vào thập niên 90 khi một điều trở nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệm năng lượng.
Tập đoàn Ford Motor khởi động chương trình "Thách thức xe lai điện Ford" thu hút những nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho sản xuất ô tô. Chính phủ Mỹ lập ra "Hiệp hội cho một thế hệ xe mới" (Partnership for a New Generation of Vehicles - PNGV) và đặt ra chỉ tiêu đối với dòng xe sedan trung bình phải đạt đến 80 mpg. Ford Prodigy và GM Precept là kết quả của nỗ lực này, cả hai chiếc này đều là xe lai điện bố trí song song, nguồn công suất sử dụng động cơ diesel tăng áp kích thước nhỏ kết hợp với ly hợp khô và hộp số thường. Cả hai đều đạt được yêu cầu chỉ tiêu đề ra nhưng việc sản xuất này không được thực hiện.
4 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Dương Thành Vải Hình 1.2: Xe sử dụng phanh tái sinh Nỗ lực của người châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750 cc và hai mô tơ điện. Xe có thể đạt tốc độ tối đa là 29.4 km/l (70 mpg) và đặc tính tăng tốc tương đương với kiểu xe truyền thống. Volkswagen cũng cho ra mẫu Chico, về cơ bản mẫu xe này là một chiếc xe điện, với bộ ắc qui nickel–metal hydride và một động cơ kích từ ba pha. Một động cơ xăng nhỏ hai xy lanh dùng để nạp lại cho ắc quy và cung cấp thêm công suất khi hoạt động tốc độ cao.
Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid. Những chiếc xe trên hiện đang lưu thông trên toàn thế giới. Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiên liệu tuyệt hảo.
Toyota Prius và các dòng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe. Xu hướng phát triển xe Hybrid Trong thời đại ngày nay, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra trên toàn cầu kết hợp sự gia tăng “chóng mặt” của dân số thế giới, kéo theo đó là hàng loạt nhu cầu tăng cao như di chuyển, vận tải hàng hóa tăng theo, đồng nghĩa tiêu dùng 5 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Dương Thành Vải nhiên liệu (xăng, dầu) là vô cùng to lớn chắc chắn sẽ cạn kiệt trong tương lai gần, đồng thời vấn đề về phát thải ở xe hơi cũng ảnh hưởng rất lớn đến môi trường. Để góp phần giảm phát thải khí metan gây hiệu ứng nhà kính, giảm phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, khuyến khích phương tiện giao thông sử dụng điện…Nhằm khuyến khích người dân chuyển đổi sang sử dụng các loại phương tiện thân thiện với môi trường, phù hợp với xu thế phát triển chung của khu vực và trên toàn thế giới. Hiện tại, các nhà sản xuất OEM Nhật Bản hiện vẫn có vị thế dẫn đầu trong khu vực.
Nhưng các hãng xe như VinFast cũng đang tìm được chỗ đứng. Các nhà sản xuất ô tô lớn trên toàn cầu đã đặt ra các mục tiêu phát thải đầy tham vọng cho mình và có kế hoạch tung ra hàng trăm mẫu xe điện chạy pin mới vào năm 2025. Toyota, hãng xe thân thuộc với người dân Việt Nam đã đưa ra thị trường thế giới những dòng xe Hybrid được khách hàng yêu thích và tin tưởng lựa chọn. Năm 1997, Toyota giới thiệu ra thị trường mẫu xe Hybrid đầu tiên mang tên Prius.
Đây là sản phẩm đánh dấu bước ngoặt lớn cho thành công của Toyota với động cơ Hybrid.