Khóa Luận Tốt Nghiệp Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô: Chuyên Đề Về Xe Hybrid - Toyota Prius

Khóa luận tốt nghiệp về xe hybrid, đặc biệt là Toyota Prius, tại Trường Đại Học Sư… 163 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh · 2024.

• Tác giả: Võ Phong Kỳ
• Người hướng dẫn: GVC.TS Nguyễn Văn Trạng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Chuyên Đề Về Xe Hybrid - Toyota Prius
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Trình bày lý do chọn đề tài
• 1.2. Việc nghiên cứu về xe Hybrid trong và ngoài nước
• 1.3. Lý do chọn đề tài
• 1.4. Mục đích
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CỦA XE HYBRID – TOYOTA PRIUS 2010
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG LƯU TRỮ VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG HIỂN THỊ THÔNG SỐ LÀM VIỆC BẰNG LABVIEW
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH LabVIEW
• PHỤ LỤC 2: PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS
• PHỤ LỤC 3: CHƯƠNG TRÌNH CODE

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Khóa Luận Tốt Nghiệp Về Xe Hybrid Toyota Prius

Khóa luận tốt nghiệp về xe hybrid, đặc biệt là Toyota Prius, tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, là một chủ đề hấp dẫn và quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Xe hybrid đang trở thành xu hướng phát triển bền vững, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu. Khóa luận này không chỉ cung cấp cái nhìn tổng quan về công nghệ xe hybrid mà còn phân tích sâu về hệ thống động lực của Toyota Prius.

1.1. Giới Thiệu Về Xe Hybrid Và Toyota Prius

Xe hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, mang lại hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu. Toyota Prius là một trong những mẫu xe hybrid nổi bật, được biết đến với tính năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.

1.2. Lý Do Chọn Đề Tài Khóa Luận

Việc nghiên cứu về xe hybrid, đặc biệt là Toyota Prius, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về công nghệ hiện đại và xu hướng phát triển bền vững trong ngành ô tô. Đề tài này cũng góp phần nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Xe Hybrid

Mặc dù xe hybrid mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ này. Các vấn đề như chi phí sản xuất, hiệu suất pin và hạ tầng sạc cần được giải quyết để xe hybrid có thể trở thành lựa chọn phổ biến hơn.

2.1. Chi Phí Sản Xuất Và Bảo Trì

Chi phí sản xuất xe hybrid thường cao hơn so với xe truyền thống do công nghệ phức tạp và linh kiện đặc biệt. Điều này có thể ảnh hưởng đến giá thành và khả năng tiếp cận của người tiêu dùng.

2.2. Hiệu Suất Pin Và Thời Gian Sạc

Hiệu suất của pin là một yếu tố quan trọng quyết định khả năng hoạt động của xe hybrid. Thời gian sạc và tuổi thọ pin cũng là những vấn đề cần được cải thiện để tăng cường sự tiện lợi cho người sử dụng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Hệ Thống Động Lực Của Toyota Prius

Khóa luận sẽ áp dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn để phân tích hệ thống động lực của Toyota Prius. Việc tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức chuyên môn.

3.1. Cấu Tạo Hệ Thống Động Lực

Hệ thống động lực của Toyota Prius bao gồm động cơ đốt trong và động cơ điện, cùng với các bộ phận hỗ trợ như bộ truyền lực và bộ quản lý năng lượng. Sự phối hợp giữa các bộ phận này tạo ra hiệu suất tối ưu cho xe.

3.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Động Cơ Hybrid

Động cơ hybrid hoạt động dựa trên nguyên lý kết hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong, cho phép xe hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau. Việc hiểu rõ nguyên lý này là rất quan trọng trong nghiên cứu.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Công Nghệ Xe Hybrid

Công nghệ xe hybrid không chỉ được ứng dụng trong sản xuất ô tô mà còn có tiềm năng lớn trong việc phát triển các giải pháp giao thông bền vững. Việc nghiên cứu ứng dụng thực tiễn sẽ giúp sinh viên có cái nhìn sâu sắc hơn về tương lai của ngành công nghiệp ô tô.

4.1. Xu Hướng Phát Triển Xe Điện Tại Việt Nam

Xe hybrid đang dần trở thành xu hướng tại Việt Nam, với nhiều mẫu xe mới được giới thiệu. Sự phát triển này không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn thúc đẩy nền kinh tế xanh.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Môi Trường

Việc sử dụng xe hybrid giúp giảm thiểu khí thải và tiết kiệm nhiên liệu, từ đó góp phần bảo vệ môi trường. Đánh giá hiệu quả môi trường của xe hybrid là một phần quan trọng trong nghiên cứu.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Xe Hybrid

Khóa luận sẽ tổng kết những kiến thức đã nghiên cứu và đưa ra những dự đoán về tương lai của xe hybrid, đặc biệt là Toyota Prius. Sự phát triển của công nghệ này sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành ô tô.

5.1. Tóm Tắt Những Điểm Chính

Khóa luận đã trình bày tổng quan về xe hybrid, hệ thống động lực của Toyota Prius và các thách thức trong nghiên cứu. Những điểm chính này sẽ giúp sinh viên có cái nhìn tổng quát về đề tài.

5.2. Dự Đoán Tương Lai Của Xe Hybrid

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, xe hybrid sẽ ngày càng trở nên phổ biến hơn. Tương lai của xe hybrid hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp bền vững cho ngành giao thông.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp "Chuyên đề về xe hybrid – Toyota Prius" do sinh viên Võ Phong Kỳ và Nông Văn Lâm thực hiện dưới sự hướng dẫn của GVC.TS Nguyễn Văn Trạng tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 01/2024), thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô. Đề tài thuộc loại hình nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật kết hợp phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống động lực hybrid và xây dựng mô hình mô phỏng - hiển thị thông số kỹ thuật trên máy tính.

Bối cảnh thực tiễn được tác giả nêu rõ bắt nguồn từ tình trạng ô nhiễm không khí ngày càng nghiêm trọng do khí thải từ động cơ đốt trong, cùng với sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và biến động giá dầu mỏ. Để hướng tới mục tiêu phương tiện phát thải thấp hoặc không phát thải, ô tô lai (Hybrid Electric Vehicle - HEV) được xem là giải pháp chuyển tiếp thiết thực và là tiền đề phát triển xe thuần điện tại Việt Nam. Dù nhiều mẫu xe hybrid như Toyota Prius, Camry Hybrid, Corolla Cross đã xuất hiện trên thị trường, tài liệu chuyên khảo chuyên sâu về cấu tạo chi tiết và nguyên lý điều khiển tích hợp thế hệ mới còn hạn chế.

Tác giả đã tổng hợp và phân tích các công trình nghiên cứu đi trước để xác định khoảng trống học thuật:

• Trong nước: Đề tài tốt nghiệp của Tôn Hoàng Dũng và Nguyễn Quốc Khánh (nghiên cứu dòng Toyota Prius 2004–2009) và đề tài của Đinh Duy Tuân, Võ Trọng Nhật ("Chuyên đề về ô tô Hybrid") chỉ dừng lại ở thế hệ thứ hai (Gen 2), chưa đi sâu vào toàn bộ hệ thống động lực tích hợp và thiếu các ứng dụng mô phỏng trực quan.
• Ngoài nước: Các nghiên cứu của Soheil Hosseini về hệ thống Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD) trên Prius 2004 chưa phân tích sâu động cơ đốt trong và hệ thống truyền lực; luận văn thạc sĩ "Modelling and Simulating a Hybrid Electric Vehicle" chỉ tiếp cận mô hình tổng quát mà không đi vào dòng xe cụ thể; công trình của Guiseppe Buccoliero ("Design Selection of Multimode Power Split Hybrid Electric Vehicle Powertrains") chỉ tập trung vào thuật toán phân chia công suất mà chưa khảo sát đồng bộ hệ thống phần cứng trên một dòng xe thương mại.

Từ các hạn chế nêu trên, nhóm nghiên cứu xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

1. Nghiên cứu tổng quan về ô tô hybrid, cơ chế điều khiển năng lượng và các phương thức phối hợp công suất.
2. Khảo sát chi tiết hệ thống động lực trên xe Toyota Prius thế hệ thứ ba (Prius 2010), bao gồm động cơ đốt trong 2ZR-FXE, các máy điện (MG1, MG2), bộ biến đổi Inverter-Converter, bộ phân chia công suất và hộp số eCVT.
3. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của bộ pin cao áp Nickel-Metal Hydride (Ni-MH), hệ thống quản lý pin (BMS) và tổng quan các phương thức lưu trữ năng lượng khác ứng dụng trên xe điện/xe lai.
4. Xây dựng mạch thu thập dữ liệu bằng phần mềm Proteus và thiết kế giao diện hiển thị các thông số vận hành của hệ thống hybrid bằng phần mềm LabVIEW.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Xe Toyota Prius thế hệ thứ ba (Prius 2010), tập trung vào động cơ xăng 2ZR-FXE dung tích 1.8 lít, cụm động cơ - máy phát điện MG1 và MG2, bộ chia công suất hành tinh, khối Inverter-Converter, bộ pin Ni-MH cùng hệ thống điều khiển quản lý năng lượng.
• Phạm vi nghiên cứu: Cấu trúc cơ khí, mạch điện tử công suất, thuật ngữ và chế độ điều khiển vận hành của Toyota Prius 2010; mô phỏng giao tiếp hiển thị dữ liệu hoạt động của xe trên môi trường phần mềm LabVIEW và Proteus dựa trên cơ sở tài liệu kỹ thuật chính hãng và mô hình sẵn có tại xưởng trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của khóa luận dựa trên nguyên lý hoạt động của ô tô lai, lý thuyết nhiệt động lực học động cơ chu trình Atkinson, cơ học hệ thống bánh răng hành tinh phân chia công suất (Power Split Device - PSD) và kỹ thuật điều khiển vector từ trường (Field-Oriented Control - FOC) cho máy điện đồng bộ ba pha nam châm vĩnh cửu.

Về phân loại hệ thống hybrid, đề tài tổng hợp theo hai tiêu chí khoa học:

• Phân loại theo mức độ hybrid hóa (tỷ lệ công suất motor điện trên tổng công suất hệ thống):
  • Micro Hybrid: Motor điện công suất nhỏ (<10 kW, thường khoảng 2,5 kW, điện áp 12V), chỉ dùng để khởi động/dừng động cơ (Start/Stop), tiết kiệm 5–10% năng lượng.
  • Mild Hybrid: Motor điện đóng góp khoảng 10% công suất tối đa (10–20 kW, điện áp 100–200V), hỗ trợ mô-men xoắn khi tăng tốc, tiết kiệm 20–30% năng lượng.
  • Full Hybrid: Motor điện cung cấp từ 40% công suất trở lên (50–75 kW, điện áp 200–300V), có khả năng vận hành độc lập ở chế độ thuần điện (EV mode), tiết kiệm 30–50% năng lượng.
  • Plug-in Hybrid (PHEV): Kết hợp động cơ đốt trong với pin dung lượng lớn có thể cắm sạc trực tiếp từ nguồn điện ngoài.
• Phân loại theo cấu trúc phối hợp công suất: hệ thống nối tiếp (Series Hybrid), hệ thống song song (Parallel Hybrid), và hệ thống hỗn hợp (Series-Parallel Hybrid hay Combined Hybrid).

Tiêu chí so sánh	Hệ thống nối tiếp	Hệ thống song song	Hệ thống hỗn hợp (Combined)
Đặc điểm truyền động cơ khí	Không có liên kết cơ khí giữa ĐCĐT và bánh xe	Cả ĐCĐT và motor cùng nối với hệ thống truyền lực	Kết hợp linh hoạt qua bộ chia công suất hành tinh
Công suất phát triển liên tục	Tốt (Mức 2)	Tốt (Mức 2)	Rất tốt (Mức 1)
Gia tốc	Rất tốt (Mức 1)	Tốt (Mức 2)	Rất tốt (Mức 1)
Khả năng dừng không tải	Tốt (Mức 2)	Kém hơn (Mức 3)	Rất tốt (Mức 1)
Thu hồi năng lượng phanh tái sinh	Tốt (Mức 2)	Tốt (Mức 2)	Rất tốt (Mức 1)
Tổng hiệu suất năng lượng	Có tổn thất qua biến đổi kép	Phụ thuộc điểm làm việc của ĐCĐT	Tối ưu hóa trên toàn dải làm việc

Khung điều khiển năng lượng (Energy Management - EM) trên xe hybrid gồm 3 khối chức năng chính:

• Bộ phiên dịch yêu cầu người lái (Driver command interpreter): Tiếp nhận góc mở bàn đạp ga, vị trí bàn đạp phanh và tốc độ thực tế của xe để tính toán mô-men xoắn yêu cầu.
• Bộ điều khiển hệ thống xe (Vehicle system controller): Phân chia mô-men xoắn và dòng công suất giữa ĐCĐT, motor điện (MG2), máy phát (MG1) và hệ thống phanh dựa trên trạng thái nạp của pin (State of Charge - SOC).
• Bộ điều khiển điện tử (Electric controller): Gồm ECU động cơ, khối điều khiển motor (MCU), khối điều khiển máy phát (GCU), bộ điều khiển phanh và khối quản lý pin (BMS). Trong đó, MCU điều khiển các máy điện bằng giải thuật FOC nhằm kiểm soát dòng điện ba pha để sinh mô-men chính xác.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, biên dịch tài liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất Toyota và các ấn phẩm học thuật quốc tế; khảo sát đối chiếu với mô hình đào tạo tại xưởng động cơ Khoa Cơ khí Động lực; và phương pháp thiết kế kỹ thuật mô phỏng bằng công cụ LabVIEW kết hợp Proteus.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống hiển thị thông số làm việc của xe được xây dựng nhằm mục đích trực quan hóa các dữ liệu vận hành kỹ thuật của xe hybrid, phục vụ công tác thực hành và nghiên cứu mô phỏng.

Kiến trúc triển khai bao gồm hai phần:

• Khối mô phỏng thu thập tín hiệu phần cứng: Được xây dựng trên phần mềm Proteus, thiết lập các mạch tạo tín hiệu tương tự và tín hiệu số mô phỏng cảm biến tốc độ xe, cảm biến mức nhiên liệu trong bình chứa (dung tích 45 lít), cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ và trạng thái của các công tắc chọn chế độ lái. Dữ liệu được đóng gói và truyền thông qua giao thức nối tiếp ảo (Virtual Serial Port) sử dụng chuẩn giao tiếp VISA (Virtual Instrument Software Architecture).
• Khối phần mềm giao diện và xử lý tín hiệu: Được lập trình trên môi trường đồ họa LabVIEW với cấu trúc chuẩn gồm:
  • Bảng điều khiển giao diện (Front Panel): Thiết kế mô phỏng đồng hồ taplo của xe ô tô, gồm đồng hồ đo tốc độ xe dạng kim chỉ và hiển thị số, thanh báo mức nhiên liệu, đồng hồ đo nhiệt độ dung dịch làm mát, hệ thống đèn cảnh báo trạng thái (đèn báo hệ thống sẵn sàng "READY", cảnh báo nhiệt độ cao, cảnh báo áp suất dầu, cảnh báo sạc pin cao áp).
  • Biểu đồ khối logic (Block Diagram): Tích hợp hàm VISA Configure Serial Port để cấu hình cổng COM, tốc độ truyền baud, khung dữ liệu; các khối chuyển đổi kiểu dữ liệu (chuỗi ký tự sang số thực/nguyên); cấu trúc vòng lặp điều kiện (Case Structure, While Loop) để giải mã các thông số dòng công suất tương ứng với 4 trạng thái vận hành: xe bắt đầu lăn bánh (khởi động thuần điện), xe vận hành thông thường (ĐCĐT kết hợp motor), quá trình tăng tốc/leo dốc (cả hai nguồn động lực cung cấp công suất tối đa) và quá trình giảm tốc/phanh tái tạo năng lượng (nạp điện lại cho pin cao áp).

Hệ thống được kiểm thử thông qua việc giả lập các kịch bản vận hành trên Proteus và ghi nhận phản hồi hiển thị trên giao diện LabVIEW: khi xe khởi động, đèn READY bật sáng và đồng hồ tốc độ tăng dần; khi đạp ga tăng tốc, giao diện cập nhật trạng thái kết hợp công suất; khi kích hoạt phanh, giao diện hiển thị chu trình nạp năng lượng tái sinh về pin.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 1 thiết lập cơ sở khoa học về ô tô lai. Tác giả trình bày lịch sử phát triển của xe hybrid từ cuối thế kỷ 18 đến các dòng xe hiện đại như Toyota Camry Hybrid, Corolla Cross, Nissan Kicks e-Power, Honda Insight, Chevrolet Volt. Nội dung tập trung phân loại chi tiết các mức độ hybrid hóa (Micro, Mild, Full, Plug-in) và phân tích sâu cơ cấu phân chia dòng năng lượng của 3 hệ thống: nối tiếp, song song và hỗn hợp. Phân tích kiến trúc điều khiển quản lý năng lượng (EM) chỉ rõ mối quan hệ tương tác giữa người lái, bộ điều khiển hệ thống xe và các bộ vi điều khiển thành phần (ECU, MCU, GCU, BMS), trong đó giải thuật FOC đóng vai trò then chốt trong kiểm soát mô-men xoắn của máy điện xoay chiều đồng bộ.

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CỦA XE HYBRID – TOYOTA PRIUS 2010

Chương này đi sâu vào giải phẫu kỹ thuật hệ thống động lực Toyota Hybrid Synergy Drive trên dòng Prius thế hệ thứ ba.

Thông số kỹ thuật	Giá trị công bố trên Toyota Prius 2010
Động cơ đốt trong	Động cơ xăng 2ZR-FXE 1.8L, 4 xi-lanh thẳng hàng, DOHC 16 van, chu trình Atkinson, công suất 98 hp tại 5200 vòng/phút, mô-men xoắn 142 N.m tại 4000 vòng/phút
Động cơ điện (MG2)	Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, công suất 80 hp
Tổng công suất ròng hệ thống	136 hp (tương đương 100 kW)
Cơ cấu truyền lực	Hộp số vô cấp điều khiển điện tử eCVT kết hợp bộ chia công suất hành tinh PSD
Nguồn lưu trữ điện áp cao	Pin Ni-MH, điện áp danh định 201,6 V
Trọng lượng không tải	1397 kg
Dung tích bình nhiên liệu	45 lít
Vật liệu thân và khung xe	Khung thép Unibody, thép tấm dập; nắp ca-pô và các cửa bằng hợp kim nhôm
Mức tiêu hao nhiên liệu	Nội thành: 4,7 lít/100 km; Cao tốc: 4,8 lít/100 km; Đường hỗn hợp/phức tạp: 6,3 lít/100 km

Các đặc điểm kỹ thuật chuyên sâu của động cơ 2ZR-FXE được làm rõ: nắp máy bằng nhôm với buồng đốt dạng vát nghiêng (pentroof); xupap nạp và xả bố trí nghiêng góc 29 độ; piston làm bằng hợp kim nhôm có đỉnh thiết kế theo hình dạng Taper Squish Shape nhằm tối ưu hóa chuyển động xoáy lốc của hòa khí, cải thiện quá trình cháy và giảm tạo muội than; thân máy bằng nhôm giảm khối lượng động cơ. Hệ thống phối khí trang bị công nghệ van biến thiên thông minh VVT-i điều khiển bằng xích và bộ điều chỉnh khe hở nhiệt xupap thủy lực.

Cơ cấu phối khí	Góc mở xupap	Góc đóng xupap
Xupap nạp	29 độ đến 12 độ BTDC (trước điểm chết trên)	61 độ đến 102 độ ABDC (sau điểm chết dưới)
Xupap xả	31 độ BBDC (trước điểm chết dưới)	3 độ ATDC (sau điểm chết trên)

Động cơ 2ZR-FXE loại bỏ hoàn toàn hệ thống dây đai dẫn động phụ kiện (động cơ không dây đai đầu tiên của Toyota) nhờ việc trang bị máy nén điều hòa dẫn động điện cao áp, bơm nước làm mát bằng motor điện và hệ thống trợ lực lái điện (EPS). Khí xả được xử lý qua hệ thống tuần hoàn làm mát khí xả EGR, giúp xe đạt tiêu chuẩn khí thải AT-PZEV (California) và EURO 5.

Về phần điện và cơ điện tử, chương 2 phân tích cấu tạo rotor, stator của hai máy điện MG1 và MG2 (sử dụng cảm biến Resolver xác định vị trí góc quay rotor); khối Inverter-Converter tích hợp bộ tăng áp Boost Converter (nâng điện áp một chiều từ 201,6V của pin lên mức điện áp làm việc cao hơn cho biến tần), bộ biến đổi DC/DC hạ áp sạc ắc-quy 12V; và bộ điều khiển quản lý nguồn HV CPU. Bộ phân chia công suất PSD sử dụng cơ cấu bánh răng hành tinh liên kết trục khuỷu ĐCĐT với cần dẫn (planet carrier), máy phát MG1 nối với bánh răng mặt trời (sun gear) và motor kéo MG2 nối với bánh răng bao (ring gear) dẫn động trực tiếp ra vi sai, tạo nên hộp số vô cấp eCVT không dùng đai ma sát. Năm trạng thái làm việc chính được phân tích chi tiết: khởi động (Starting), hành trình bình thường, tăng tốc/tải nặng, giảm tốc thu hồi năng lượng ở dải số D và phanh cưỡng bức ở vị trí B.

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG LƯU TRỮ VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG

Chương 3 trình bày lịch sử phát triển nguồn điện hóa học từ pin Volta (1800), mẫu pin sạc lại (1860) đến công nghệ pin đương đại. Trọng tâm là hệ thống pin Ni-MH trên Toyota Prius 2010 với điện áp danh định 201,6 V (ghép nối tiếp từ các mô-đun cell điện áp thấp), tích hợp cảm biến giám sát dòng điện, cảm biến nhiệt độ phân bố trên các cụm cell và hệ thống quạt làm mát cưỡng bức chuyên dụng.

Hệ thống quản lý pin (BMS) thực hiện các chức năng: đo đạc điện áp từng mô-đun, tính toán trạng thái nạp SOC, đánh giá trạng thái sức khỏe SOH, điều khiển rơ-le chính hệ thống (System Main Relay - SMR) và ngắt mạch bảo vệ qua giắc bảo dưỡng (Service Plug).

Bên cạnh đó, chương 3 khảo sát và so sánh các giải pháp lưu trữ năng lượng áp dụng trên phương tiện giao thông:

• Lưu trữ cơ học: Hệ thống tích trữ động năng bánh đà (Williams Flywheel KERS trên xe đua Porsche 911 GT3 R Hybrid) với phương trình động năng $E = \frac{1}{2} I \omega^2$.
• Lưu trữ điện hóa: Ắc-quy chì-axit, pin Niken-Sắt (Ni-Fe), Niken-Cadimi (Ni-Cd), và pin Lithium-ion (khảo sát cấu trúc cell và bộ pin Li-ion trên xe Tesla).
• Lưu trữ hóa học: Pin nhiên liệu Hydro (Hydrogen Fuel Cell - HFC) khảo sát trên xe Toyota Mirai 2015.
• Lưu trữ tĩnh điện: Siêu tụ điện (Ultracapacitor - UC) dựa trên nguyên lý tích trữ năng lượng tĩnh điện hai lớp $W_c = \frac{1}{2} C V^2$.

Cuối chương, tác giả tổng kết các thách thức kỹ thuật của hệ thống lưu trữ năng lượng cho ô tô điện: giới hạn của điện tử công suất, độ chính xác của thuật toán quản lý năng lượng, kích thước - trọng lượng - giá thành, tác động tái chế môi trường và an toàn phóng điện cao áp.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG HIỂN THỊ THÔNG SỐ LÀM VIỆC BẰNG LABVIEW

Nội dung chương 4 trình bày quy trình thiết kế và thực nghiệm hệ thống hiển thị thông số làm việc mô phỏng. Bắt đầu từ việc phân tích bảng điều khiển nguyên bản trên xe ô tô (đồng hồ tốc độ, mức nhiên liệu, nhiệt độ động cơ, hệ thống đèn cảnh báo), tác giả xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch thu thập dữ liệu bằng phần mềm Proteus. Dữ liệu mô phỏng từ Proteus được truyền qua cổng nối tiếp ảo bằng thư viện NI-VISA vào môi trường LabVIEW. Trên giao diện Front Panel, các đồng hồ đo và đèn báo được thiết kế trực quan; trong Block Diagram, chương trình sử dụng các cấu trúc xử lý dữ liệu để phản ánh chính xác các trạng thái làm việc: khởi động xe, chạy ổn định kết hợp sạc pin, tăng tốc đột ngột và các trạng thái báo lỗi khẩn cấp.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Chương 5 tóm tắt các kết quả đạt được của đồ án tốt nghiệp, khẳng định việc hoàn thành các mục tiêu khảo sát cấu tạo hệ thống động lực hybrid Toyota Prius 2010, làm rõ nguyên lý lưu trữ - quản lý pin cao áp và xây dựng thành công công cụ mô phỏng hiển thị thông số trên LabVIEW. Tác giả đề xuất các kiến nghị nâng cấp mô hình phục vụ giảng dạy tại xưởng trường.

Kết quả và đóng góp

Đồ án ghi nhận các kết quả cụ thể dựa trên việc tổng hợp và phân tích thông số kỹ thuật của hệ thống:

• Hệ thống hóa toàn bộ thông số kỹ thuật chuẩn của Toyota Prius 2010: khối lượng bản thân 1397 kg, dung tích bình nhiên liệu 45 lít; động cơ xăng 2ZR-FXE 1.8L (98 hp, 142 Nm), động cơ điện MG2 (80 hp), tổng công suất phối hợp đạt 136 hp (100 kW). Mức tiêu hao nhiên liệu được xác thực theo tài liệu kỹ thuật: 4,7 lít/100 km (chu trình nội thành), 4,8 lít/100 km (chu trình cao tốc), và 6,3 lít/100 km (điều kiện đường phức tạp).
• Làm rõ cấu trúc phân phối khí của động cơ chu trình Atkinson: xác định chính xác góc mở sớm xupap nạp từ 29° đến 12° BTDC và đóng muộn từ 61° đến 102° ABDC; góc mở sớm xupap xả 31° BBDC và đóng muộn 3° ATDC, tạo tiền đề giải thích cơ chế giảm tỷ số nén thực tế nhưng duy trì tỷ số giãn nở cao để tiết kiệm nhiên liệu.
• Phân tích chi tiết thiết kế loại bỏ dây đai truyền động phụ kiện thông qua việc ứng dụng bơm nước điện tử, máy nén điều hòa điện cao áp và mô-tơ trợ lực lái điện EPS.
• Thiết kế hoàn chỉnh chương trình giao diện hiển thị thông số vận hành trên phần mềm LabVIEW kết nối mô phỏng với Proteus, mô phỏng đúng các trạng thái dòng năng lượng của hệ thống hybrid HSD.

Về mặt đóng góp:

• Khắc phục khoảng trống của các đề tài trước đó tại nhà trường (vốn chỉ khảo sát Prius thế hệ thứ hai 2004–2009) bằng việc bổ sung tài liệu học thuật toàn diện về thế hệ thứ ba (Prius 2010), đặc biệt là động cơ 2ZR-FXE và cụm eCVT cải tiến.
• Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về hệ thống pin Ni-MH và BMS, hỗ trợ sinh viên các khóa sau tiếp cận công nghệ điện tử công suất trên xe lai và xe điện.
• Đóng góp công cụ trực quan hóa thông số kỹ thuật qua LabVIEW, làm nền tảng phát triển thiết bị đo kiểm và bàn thực tập mô phỏng hệ thống ô tô hybrid tại Khoa Cơ khí Động lực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ rõ các giới hạn trong quá trình thực hiện:

• Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào dòng xe Toyota Prius thế hệ thứ ba (2010) với công nghệ pin Ni-MH, chưa mở rộng phân tích các thế hệ mới hơn (Prius Gen 4 dùng pin Li-ion hoặc Prius Gen 5 ra mắt năm 2023).
• Hệ thống hiển thị thông số kỹ thuật mới được thử nghiệm và kiểm chứng trong môi trường mô phỏng (kết nối giữa Proteus và LabVIEW qua cổng giao tiếp nối tiếp ảo), chưa được đấu nối trực tiếp vào mạng truyền thông CAN bus hoặc cổng chẩn đoán OBD-II trên xe thực tế.
• Chưa xây dựng được quy trình tháo lắp, kiểm tra và bảo dưỡng chi tiết từng bộ phận cơ khí - điện tử công suất của cụm hybrid để phục vụ trực tiếp cho giờ thực hành tại xưởng.

Hướng nghiên cứu mở rộng được đề xuất:

• Mở rộng kết nối giao diện LabVIEW với phần cứng thực tế thông qua các bộ chuyển đổi chuẩn CAN-to-USB để trích xuất dữ liệu thời gian thực từ cổng OBD-II của xe.
• Nghiên cứu sâu hơn về thuật toán cân bằng cell pin và ước lượng dung lượng pin trong hệ thống BMS thế hệ mới.
• Xây dựng quy trình hướng dẫn thực hành tháo lắp, kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng của hộp số eCVT và bộ Inverter-Converter trên mô hình thực tế tại xưởng thực hành ô tô.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích đối với:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử: Có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo khi làm đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học liên quan đến ô tô hybrid, xe điện, hệ thống điều khiển điện tử và kỹ thuật đo lường - mô phỏng.
• Giảng viên giảng dạy các môn học về Kết cấu ô tô, Hệ thống điện - điện tử ô tô, Chẩn đoán ô tô: Sử dụng các sơ đồ nguyên lý, bảng thông số kỹ thuật của Prius 2010 và cấu trúc giao diện LabVIEW để làm giáo cụ trực quan trong bài giảng.
• Các kỹ thuật viên và kỹ sư ô tô: Tham khảo chi tiết về cơ cấu phân chia công suất PSD, nguyên lý hoạt động của hộp số eCVT, khối Inverter-Converter và các quy tắc an toàn đối với hệ thống pin cao áp (rơ-le chính SMR, Service Plug).

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ 2ZR-FXE trên Toyota Prius 2010 có những đặc điểm cấu tạo nào khác biệt so với động cơ xăng truyền thống?
Động cơ 2ZR-FXE (1.8L) hoạt động theo chu trình Atkinson, đóng xupap nạp muộn (61° đến 102° ABDC) giúp giảm tổn thất nén và tăng hiệu suất nhiệt. Động cơ có nắp máy nhôm buồng đốt pentroof, xupap nghiêng 29°, đỉnh piston dạng Taper Squish Shape chống tạo muội than. Đây cũng là động cơ không dùng dây đai phụ kiện đầu tiên của Toyota nhờ sử dụng bơm nước làm mát bằng điện tử, máy nén điều hòa điện cao áp và trợ lực lái điện tử EPS.

2. Hộp số vô cấp eCVT trên xe Prius 2010 phân chia công suất giữa động cơ xăng và các motor điện như thế nào?
Hộp số eCVT không sử dụng dây đai hay puly ma sát mà vận hành dựa trên bộ phân chia công suất bánh răng hành tinh (PSD). Trục khuỷu động cơ 2ZR-FXE nối với cần dẫn (planet carrier), máy phát MG1 nối với bánh răng mặt trời (sun gear) và motor MG2 nối với bánh răng bao (ring gear) dẫn động ra bánh xe. Bằng cách điều khiển tốc độ và chiều quay của MG1, hệ thống thay đổi tỷ số truyền liên tục giữa động cơ và trục dẫn động mà không cần ngắt mô-men xoắn.

3. Hệ thống quản lý pin (BMS) trên Toyota Prius 2010 đảm nhiệm những nhiệm vụ kỹ thuật gì đối với cụm pin Ni-MH?
BMS trên Prius 2010 giám sát điện áp từng mô-đun cell của khối pin 201,6V, đo đạc dòng điện nạp/xả, thu thập nhiệt độ pin và nhiệt độ khí nạp qua các cảm biến chuyên biệt. Từ các thông số này, BMS tính toán trạng thái nạp SOC, tình trạng sức khỏe SOH, điều khiển hệ thống quạt làm mát cưỡng bức, kiểm soát rơ-le chính hệ thống SMR và phối hợp cùng giắc cắm dịch vụ (Service Plug) nhằm đảm bảo an toàn cao áp.

4. Khóa luận triển khai hệ thống hiển thị thông số làm việc bằng phần mềm LabVIEW và Proteus theo quy trình nào?
Tác giả thiết kế mạch mô phỏng thu thập tín hiệu cảm biến (tốc độ xe, mức nhiên liệu, nhiệt độ làm mát, tín hiệu điều khiển) trên phần mềm Proteus. Dữ liệu từ Proteus được truyền qua cổng nối tiếp ảo (Virtual Serial Port) vào LabVIEW thông qua hàm cấu hình VISA. Tại LabVIEW, chương trình xử lý chuỗi ký tự, chuyển đổi thành giá trị số và hiển thị trực quan trên giao diện Front Panel dưới dạng đồng hồ taplo, cảnh báo đèn READY và mô phỏng 4 trạng thái dòng năng lượng của hệ thống xe.

5. Mức tiêu thụ nhiên liệu và công suất ròng của hệ thống hybrid Toyota Prius 2010 được ghi nhận là bao nhiêu?
Theo số liệu kỹ thuật được khóa luận tổng hợp, động cơ đốt trong phát huy công suất cực đại 98 hp và mô-men xoắn 142 N.m; động cơ điện MG2 đạt công suất 80 hp; tổng công suất ròng toàn hệ thống đạt 136 hp (100 kW). Mức tiêu thụ nhiên liệu tiêu chuẩn đạt 4,7 lít/100 km đối với chu trình nội thành, 4,8 lít/100 km đối với đường cao tốc và 6,3 lít/100 km đối với điều kiện đường đèo dốc, khó đi.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Chuyên đề về xe hybrid – Toyota Prius" của nhóm tác giả Võ Phong Kỳ và Nông Văn Lâm đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết, cấu tạo cơ khí và mạch điện tử công suất của hệ thống hybrid Toyota Hybrid Synergy Drive trên dòng xe Prius thế hệ thứ ba. Nghiên cứu phân tích chi tiết các đặc tính kỹ thuật cốt lõi như động cơ 2ZR-FXE chu trình Atkinson không dây đai, hộp số hành tinh eCVT, khối Inverter-Converter và hệ thống lưu trữ pin cao áp Ni-MH cùng khối quản lý BMS. Đồng thời, đề tài đã hiện thực hóa mô hình mô phỏng - hiển thị thông số vận hành thông qua sự kết hợp giữa Proteus và LabVIEW, mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho công tác đào tạo chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ CHUYÊN ĐỀ VỀ XE HYBRID – TOYOTA PRIUS GVHD: GVC. NGUYỄN VĂN TRẠNG SVTH: VÕ PHONG KỲ NÔNG VĂN LÂM SKL012332 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2024 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN ĐỀ VỀ XE HYBRID – TOYOTA PRIUS GVHD: GVC. NGUYỄN VĂN TRẠNG SVTH: VÕ PHONG KỲ MSSV: 18145384 SVTH: NÔNG VĂN LÂM MSSV: 18145386 Tp.Hồ Chì Minh, 13 tháng 01 năm 2024 LỜI CẢM ƠN Trải qua khoảng thời gian học tại trƣờng, chúng em xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chì Minh đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt cho chúng em những kiến thức hết sức quý báu về cuộc sống lẫn kiến thức chuyên ngành trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.

Với sự giúp đỡ của các quý thầy cô Khoa Cơ Khì Động Lực và đặc biệt là sự hƣớng dẫn tận tình của thầy GVC.TS Nguyễn Văn Trạng đã tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chúng, các thầy cô trong Khoa Cơ Khì Động Lực nói riêng đã dạy cho chúng em những kiến thức bổ ích, những kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và rèn luyện tại trƣờng. Đó là nền tảng, là định hƣớng vững chắc không chỉ giúp chúng em hoàn thành đồ án mà còn trong con đƣờng nghề nghiệp sắp tới. Một lần nữa, chúng em xin cảm ơn và kình chúc quý thầy cô có nhiều sức khỏe, niềm vui và luôn nhiệt huyết với nghề giáo để góp phần vào sự nghiệp trăm năm trồng ngƣời và đặc biệt là quý thầy cô giáo Khoa Cơ Khì Động Lực lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công.

Cuối cùng, để có đƣợc ngày hôm nay, không thể quên đƣợc công lao to lớn của gia đính và bạn bè đã động viên, khuyến khích chúng em tự tin trong cuộc sống cũng nhƣ cố gắng vƣơn lên trong học tập. Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực tiễn chúng em đã đúc kết đƣợc nhiều kiến thức đó là những nấc thang đầu tiên để chúng em bƣớc vào cuộc sống mới. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên Võ Phong Kỳ Nông Văn Lâm i TÓM TẮT Trong Đồ án tốt nghiệp “Chuyên đề về xe hybrid – Toyota Prius” này nhóm tập trung vào một số phần nhƣ sau:  Giới thiệu tổng quan về xe Hybrid.  Tìm hiểu về hệ thống động lực trên ô tô Hybrid Prius.

 Cấu tạo, nguyên lý, các chế độ hoạt động của xe Hybrid.  Công nghệ pin và hệ thống quản lý pin.  Hệ thống lƣu trữ năng lƣợng.  Thiết kế hệ thống hiển thị thông số làm việc của hệ thống xe.

Nhóm chúng em đƣợc thầy GVC.TS Nguyễn Văn Trạng cung cấp tài liệu nghiên cứu và giải đáp những thắc mắc gặp phải trong quá trình thực hiện đồ án để chúng em có thể hoàn thành đồ án này. ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU. viii DANH MỤC CÁC HÌNH.

xi DANH MỤC CÁC BẢNG .xvii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Trình bày lý do chọn đề tài. Xe hybrid và những ƣu điểm nổi bật. Việc nghiên cứu về xe Hybrid trong và ngoài nƣớc. Lý do chọn đề tài.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Giới hạn đề tài. Kết quả dự kiến đạt đƣợc.

Xu hƣớng phát triển của xe Hybrid. Tổng quan về xe Hybrid. Phân loại xe Hybrid. Phân loại theo mức độ Hybrid hóa [4].

Phân loại theo cách phối hợp công suất giữa động cơ đốt trong và động cơ điện. Điều khiển trên xe Hybrid. 14 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CỦA XE HYBRID – TOYOTA PRIUS 2010. Tổng quan về xe Toyota Prius.

Hệ thống động lực xe Toyota Prius 2010. Động cơ đốt trong – động cơ 2ZR-FXE. Cấu tạo của động cơ 2ZR-FXE. Các công nghệ và hệ thống khác của động cơ 2ZR-FXE.

Động cơ điện và các bộ phận của hệ thống xe Hybrid:. Bố trí các bộ phận của hệ thống Hybrid trên xe. Bộ truyền lực của hệ thống Hybrid. Bộ Inverter-Converter.

Bộ pin cao áp .6 Bộ điều khiển quản lý nguồn HV CPU. Bộ phân chia công suất, hộp số eCVT và các chế độ hoạt động trên xe Prius 2010. Bộ phân chia công suất. Hộp số eCVT.

Các chế độ hoạt động trên xe Prius 2010. 58 CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG LƢU TRỮ VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG. Sơ lƣợc lịch sử phát triển của pin. Hê ̣ thố ng quản lý pin Prius.

Tổng quan về BMS. BMS của pin Ni-MH. Công nghệ pin Ni-MH. Tổng quan về pin Ni-MH.

Nguyên lý hoạt động của NiMH. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của pin. Một số hệ thống lƣu trữ năng lƣợng đƣợc áp dụng trên xe ô tô điện hiện nay. Lƣu trữ bằng cơ học.

Lƣu trữ bằng điện hóa. Lƣu trữ bằng hóa học. Lƣu trữ bằng điện. Vấn đề và thách thức của hệ thống lƣu trữ năng lƣợng cho xe điện.

Điện tử công suất. Quản lý năng lƣợng. Kìch thƣớc và giá cả. Tác động môi trƣờng.

Các biện pháp an toàn. 91 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG HIỂN THỊ THÔNG SỐ LÀM VIỆC BẰNG LABVIEW. Lý thuyết thiết kế hệ thống hiển thị thông số xe. Bảng điều khiển trên xe.

Ứng dụng thiết kế hệ thống hiển thị thông số xe. Xây dựng hệ thống hiển thị thông số xe. Xây dựng mạch thu thập và hiển thị dữ liệu. Sơ đồ mạch hiển thị.

Nội dung thử nghiệm hiển thị các thông số xe. 102 CHƢƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 109 PHỤ LỤC 1: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH LabVIEW.

Giới thiệu về LabVIEW. Ứng dụng của LabVIEW. Lập trính LabVIEW căn bản. Cách thức hoạt động của LabVIEW.

Giới thiệu Virtual Instruments. Icon và Connector. Môi trƣờng LabVIEW. Thanh công cụ:.

Bảng điều khiển. Các loại Control và Indicator. Các control thƣờng dùng. Các Indicator thƣờng dùng.

Kiểu dữ liệu trong LabVIEW và chuyển đổi dữ liệu. Một số phím tắt trong LabVIEW. 127 PHỤ LỤC 2: PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS. Các chức năng cơ bản của Proteus.

Tạo mạch mô phỏng trong Proteus. 130 PHỤ LỤC 3: CHƢƠNG TRÌNH CODE. 133 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ULEV: Ultra Low Emission Vehicle VVT-i: Variable Valve Timing with intelligence HSD: Hybrid Synergy Drive AT – PZEV: Advanced Technology Partial A/C: Air Condition AWD-e: All-Wheel Drive MG: Motor Generation MG1: Secondary Motor Generation MG2: Primary Motor Generation PHV: Plug-in Hybrid Vehicle EV: Electic Vehicle eCVT: electrically controlled Continuously Variable Transaxle VIN: Vehicle Identification Number DOHC: Double Overhead Camshaft DIS: Direct Igniton System ETCS-i: Electronic Throttle Control System – intellignet EGR: Exhaust Gas Recirculation BTDC: Before Top Dead Center BBDC: Before Bottom Dead Center ABDC: After Bottom Dead Center ATDC: After Top Dead Center ECM: Electronic Control Module MRE: Magneto Resistive Element viii PSD: Power Split Device AC: Alternating Current DC: Direct Current AWG: American Wire Gauge ECU: Electronic Control Unit HV CPU: Power Management Control ECU IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor IPM: Intelligent Power Module LV: Low Voltage HV: High Voltage SMR: System Main Relay SOC: State of Charge ECM: Engine Control Module SRS: Supplemental Restraint System BMS: Battery Management System SOH: State Of Health NiMH: Nickel-Metal Hydride ESS: Energy Storage System EMS: Energy Management System FES: Flywheel Energy System FC: Fuel Cell HFC: Hydrogen Fuel Cell UC: Ultracapacitor HSS: Hybrid Storage System ix E: Động năng của bánh đà [J] I: Momen quán tính [kg.m2] ω: Tốc độ góc [rad/s] m: Khối lƣợng [kg] r: Bán kính của bánh đà [m] Wc: Năng lƣợng tĩnh điện C: Giá trị điện dung của UC [F] V: Hiệu điện thế giữa các điện cực [V] Q: Điện tích [C - coulomb] ε: Điện trở cho phép của vật liệu điện môi A: Diện tích bề mặt của điện cực [cm2] d: Khoảng cách giữa các điện cực [cm] x DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Hệ thống hybrid nối tiếp .2: Động cơ e-Power trên xe Nissan Kicks .3: Hệ thống hybrid song song .4: Hệ thống hybrid hỗn hợp .5: Tỷ lệ sử dụng motor điện và động cơ trên các hệ thống xe Hybrid .6: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trên xe Hybrid .1: Động cơ 2ZR-FXE.5: Xupap và dẫn động xupap .6: Thiết bị điều chỉnh độ hở xupap .7: Hệ thống làm mát động cơ .9: Hệ thống tuần hoàn nhiệt khí xả .10: Hệ thống điều khiển động cơ .11: Tín hiệu cảm biến trục cam .12: Cảm biến chân không .14: Bố trí hệ thống hybrid trên xe .15: Bộ truyền lực hệ thống Hybrid .17: Rotor và Stator của MG1. So sánh MG1 của Prius 2004 và Prius 2010 .20: So sánh bó dây trên Prius 2004 và Prius 2010 .21: Rotor thế hệ mới trên Prius 2010 .23: Cấu tạo Resolver .24: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ MG1, MG2 .25: Biểu đồ tỷ lệ giữa nhiệt độ và điện trở trong cảm biến nhiệt độ .26: Bộ phân chia công suất .27: Bộ Inverter-Converter .28: Chức năng các cổng kết nối của bộ Inverter-Converter .29: Sơ đồ mạch điện Inverter .30: Sơ đồ mạch điện Boost Converter .32: Bộ chuyển đổi DC/DC .33: Cảm biến dòng Inverter .34: Bộ làm mát HV .35: Bộ làm mát Inverter-Converter .36: Mô-đun tụ điện chính.37: Bộ pin cao áp .38: Các bộ phận trên bộ pin cao áp .39: Mô-đun pin cao áp .40: Cảm biến nhiệt độ pin cao áp .41: Các bộ phận và sơ đồ mạch điện của hộp kết nối thông minh .42: Hệ thống làm mát pin cao áp .43: Giắc cắm và cổng kết nối Service Plug .44: Các cổng và đầu kết nối của dây cáp điện .45: So sánh bộ chia công suất trên Prius 2004 và Prius 2010 .46: Bộ bánh răng hành tinh trên Prius 2010 .47: Minh họa sự liên kết các nguồn công suất đầu vào và đầu ra trên Prius 2010 51 Hình 2.48: Các bộ phận của tổ hợp Hybrid trên Prius 2010 .49: Các phần tổ hợp Hybrid và cơ cấu motor phanh đỗ xe .50: Sơ đồ điều khiển hộp số eCVT .51: Cách bố trí bộ truyền động trên Prius 2004 .52: Cách bố trí bộ truyền động trên Prius 2010 .53: Cần chọn số điện tử .54: Màn hình hiển thị cần số .55: Đèn cảnh báo READY trên màn hình .56: Các chế độ vận hành của Prius 2010 .57: Minh họa dòng công suất và dòng điện ở chế độ khởi động (Starting).