Nghiên cứu mô phỏng sự kết hợp các nguồn động lực trên ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

Ô tô điện ra đời năm 1834. Nhiều công ty sản xuất ô tô điện ở Hoa Kỳ, Anh, và Pháp trong suốt nửa sau thế kỷ 19. Tuy nhiên, do hạn chế về công nghệ ắc quy và sự tiến bộ của động cơ đốt trong, ô tô điện dần bị thay thế sau năm 1930. Đến thập kỷ 70, ô nhiễm môi trường và an ninh năng lượng trở nên bức thiết. Người ta quan tâm trở lại đến ô tô điện. Ngày nay, các nhà sản xuất ô tô lớn đã và đang cho ra đời các sản phẩm ô tô điện được thiết kế và chế tạo với những công nghệ đặc thù cho xe điện. Vào đầu thế kỷ 20, các nhà sản xuất xe của Mỹ đã sử dụng động cơ xăng, điện và hơi nước một cách song song. Họ sớm nhận ra rằng hai hay nhiều động cơ kết hợp lại sẽ làm tăng tính hiệu quả của động cơ. Và kết quả của giả thuyết đó là động cơ hybrid (động cơ xăng điện) ra đời vào năm 1905 do một kỹ sư người Mỹ phát minh.

Hệ thống động lực của ô tô hybrid phổ biến hiện nay được cấu thành từ một động cơ đốt trong (ĐCĐT) và một hoặc nhiều động cơ điện (ĐCĐ). Trong các tài liệu chuyên ngành bằng tiếng Anh, các thuật ngữ: "hybrid car","hybrid vehicle", "hybrid road vehicle" và "hybrid electric vehicle" thường được sử dụng để chỉ loại ô tô hybrid có hệ thống động lực như vậy. Căn cứ vào cách thức liên kết giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, tỷ lệ công suất của động cơ đốt trong và của động cơ điện được sử dụng để dẫn động bánh xe chủ động, sự phân công về thời gian làm việc của ĐCĐT và của ĐCĐ trong quá trình vận hành, ô tô hybrid hiện đại được phân thành 3 loại: ô tô hybrid kiểu nối tiếp, ô tô hybrid kiểu song song và ô tô hybrid kiểu hỗn hợp.

• Động cơ tách rời nên mô men nên tốc độ và mô men của động cơ độc lập với tốc độ và mô men theo yêu cầu, đồng thời có thể luôn được duy trì làm việc ở vùng làm việc tối ưu của nó với sự tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhỏ nhất.
• Sự ngắt nối giữa động cơ và bánh xe còn cho phép động cơ có thể hoạt động ở vùng hiệu suất cao.
• Khả năng gia tốc tốt.
• Cấu tạo đơn giản.

• Năng lượng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể.
• Động cơ điện phải có công suất lớn.
• Kết cấu cồng kềnh.

Có ba phương án liên kết chính: ĐCĐT và MG liên kết song song trên một trục (tốc độ quay đồng bộ, momen quay là tổng), ĐCĐT và MG liên kết nối tiếp trên một trục (cùng tốc độ quay, MG có thể có momen quay dương hoặc âm), và ĐCĐT và MG liên kết qua mặt đường (ĐCĐT truyền momen qua hệ truyền động cơ khí, MG liên kết với bánh xe qua trục khác).

Hầu hết các mẫu P-HEV hiện nay được trang bị ĐCĐT với vai trò là nguồn động lực chính, còn MG chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc leo dốc. Với cấu hình như vậy, công suất của ĐCĐT được truyền đến MG thông qua mặt đường.

Mô hình mô phỏng được xây dựng trên Matlab Simulink, bao gồm các khối mô phỏng động cơ đốt trong, động cơ điện, hệ thống điều khiển, và hệ thống truyền lực. Các thông số kỹ thuật của xe và các thành phần được nhập vào mô hình để đảm bảo tính chính xác của kết quả mô phỏng.

Kết quả mô phỏng được phân tích để đánh giá hiệu quả năng lượng của xe trong các điều kiện vận hành khác nhau. Các thông số như mức tiêu thụ nhiên liệu, lượng khí thải, và hiệu suất của hệ thống truyền lực được theo dõi và phân tích.

Kết quả của đề tài là cơ sở bước đầu cho việc nghiên cứu thiết kế ô tô hybird và góp phần từng bước làm chủ về công nghệ xe hybrid.

Mục tiêu của nghiên cứu này đó là nghiên cứu cơ sở lý thuyết và xây dựng được mô hình nghiên cứu hoạt động và sự kết hợp công suất giữa các nguồn động lực trên ô tô hybrid. Đối tượng nghiên cứu đó ô tô hybrid với sơ đồ động lực kiểu hỗn hợp.

Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài này sử dụng phương pháp mô phỏng bằng phần mềm Matlab - Simulink. Ý nghĩa khoa học và thực tiến của nghiên cứu Đề tài đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng xe hybrid với sơ đồ động lực kiểu hỗn hợp bằng phần mềm Matlab Simulink, thực hiện chạy mô phỏng theo các chu trình thử khác nhau để đánh giá nghiên cứu hoạt động của xe.