Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 08 năm 2015 Ký tên GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang iii HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid CẢM TẠ Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nổ lực cố gắng của bản thân còn có sự hƣớng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng nhƣ sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Tiến Sĩ Lâm Mai Long, ngƣời thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin gởi lời tri ân sâu sắc nhất của tôi đối với những điều mà Thầy đã dành cho tôi. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trong Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những ngƣời đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2015 Học viên thực hiện GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang iv HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng trong hệ thống truyền lực xe Hybrid Thời gian nghiên cứu: từ 23/02/2015 đến 23/08/2015 Địa điểm nghiên cứu: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Trên ô tô Hybrid, sử dụng phƣơng án dẫn động hỗn hợp vừa nối tiếp vừa song song. Tùy theo tốc độ mà xe sử dụng phƣơng án nối tiếp hoặc kết hợp lực kéo. Tốc độ thấp, cụ thể tốc độ xe nhỏ hơn 40 km/h. Xe sử dụng phƣơng án nối tiếp.
Động cơ xăng dẫn động máy phát điện nạp điện cho accu, tiếp theo accu cung cấp điện cho động cơ điện để truyền lực kéo đến cầu chủ động. Ở trạng thái đƣờng đặc tuyến là moment xoắn của động cơ điện. Ở đây, ta có sự tổn hao năng lƣợng nhƣ sau: Toàn bộ cơ năng của động cơ xăng chuyển thành điện năng nhờ máy phát điện, từ điện năng chuyển thành hóa năng, từ hóa năng của accu lại chuyển thành điện năng để cung cấp cho động cơ điện. Cuối cùng còn tổn hao truyền động cơ khí đến cầu chủ động.
Tốc độ cao, cụ thể tốc độ xe lớn hơn 40 km/h. Xe chạy ở chế độ kết hợp lực kéo của động cơ điện và động cơ xăng. Động cơ xăng truyền động dến cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh. Tại đây, một phần cơ năng tuyền động trực tiếp đến vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền động cơ khí đến cầu chủ động.
Phần năng lƣợng còn lại dẫn động bánh răng mặt trời, truyền động cho máy phát để cung cấp điện cho accu và động cơ điện. Động cơ điện truyền động cho vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền động cơ khí đến cầu chủ động. Ở đây, ta có sự tổn hao năng lƣợng theo hai hƣớng: - Tổn hao một phần cơ năng từ động cơ xăng từ cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh truyền động qua máy phát điện để chuyển thành điện năng, từ điện năng chuyển thành hóa năng, từ hóa năng của accu lại chuyển thành điện năng để cung cấp cho động cơ điện, moment từ động cơ điện dẫn động vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh. Lâm Mai Long Trang v HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid - Phần cơ năng còn lại của động cơ xăng từ cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh, truyền động trực tiếp đến vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh.
- Công suất kết hợp của động cơ xăng và động cơ điện tại vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền lực cơ khí đến cầu chủ động. Từ vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh đến cầu chủ động, ta còn có tổn hao truyền động cơ khí. Hệ thống này có nhiều ƣu điểm so với các phiên bản chế tạo trƣớc đây. Sử dụng đặc tuyến moment của động cơ điện ở tốc độ thấp để đáp ứng các chế độ moment xoắn cực đại.
Công suất của 2 loại động cơ đƣợc phối hợp tại cầu chủ động, ở tốc độ cao để đáp ứng các chế độ công suất tối đa. Lâm Mai Long Trang vi HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid ABSTRACT Thesis: Research on transmission and loss of energy on Hybrid’s powertrain Research time: FromFebruary 23th, 2015toAugust 23th, 2015 Research location: HCMC University of Technology and Education. The second generation Hybrid uses two ways of transmitting power, series and parallel. Depending on vehicle speed, it will use the compatible way.
At low speed, in particular below 40 km/h, the vehicle will use the series way of transmitting. The Gasoline engine drives the generatorand charges the battery, and then the battery will provide electricity to the motor to drive wheels. In this case, there are energy losses as follows: Total energy of Gasoline engine is converted to electricity by generator, that electricity transforms into battery’s chemical energy, and then chemical energy transforms into electricity to provide for motor. Finally, the last loss is on powertrain.
At high speed, in particular above 40 km/h, the vehicle combines torque of both motor and Gasoline engine. Gasoline engine transmits energy to planetary carrier. Here, a part of energy is directly transmitted to ring gear and then to drive axle through mechanical transmission. The remaining energy drives sun gear, then drivesgenerator to supply electricity for the battery and motor.
The motor drives ring gear and then drive axle due to mechanical transmission. In this case, there are two ways of losing energy: - A part of Gasoline engine’s energy is lost because of a complex transmitting process from mechanical energy into electricity and then from electricity back into mechanical energy to create torque to drive ring gear. - The remaining of Gasoline engine’s energy is transmitted to ring gear from planetary carrier. Lâm Mai Long Trang vii HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid - Total energy of ring gear supplied by Gasoline engine and motor is transmitted to drive axle due to mechanical transmission.
There is another loss from ring gear to drive axle, that is loss of mechanical transmission. This system has many advantages over some early versions. It uses moment curve of electric motor at low speed to create maximum torque. Total power of both Gasoline engine and electric motor is combined at drive axle to meet operating conditions with maximum power at high speed.
Lâm Mai Long Trang viii HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid MỤC LỤC Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn Lý lịch khoa học. i Lời cam đoan. iii Cảm tạ .vii Mục lục. ix Danh sách cách chữ viết tắt .xii Danh sách các hình.
xiii Danh sách các bảng. xv Chƣơng I. TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU. Tính cấp thiết của đề tài.
Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và nƣớc ngoài. Khái quát về xe Hybrid II. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài nƣớc ngoài. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài trong nƣớc.
Mục đích của đề tài. Nhận định và đề xuất hƣớng nghiên cứu. Giới hạn phạm vi nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu.4 Chƣơng II. Giới thiệu chung. Khái niệm về sự tổn hao trong hệ thống truyền lực. Sơ đồ biến đổi năng lƣợng.
Sự biến đổi năng lƣợng trong hệ thống chuyển động. Thông số động học (TSĐH) của hệ thống truyền lực. Lâm Mai Long Trang ix HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid 2. Sự tổn hao năng lƣợng trong hệ thống truyền lực.
Sự tổn hao năng lƣợng trên ô tô Hybrid II. Ô tô vận hành ở tốc độ thấp. Ô tô chuyển động ở tốc độ cao. Tính toán tổn hao năng lƣợng các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực xe Hybrid II.
Máy phát điện MG1. Ắc quy điện áp cao HV. Động cơ điện MG2.23 Chƣơng III. SỰ TRUYỀN NĂNG LƢỢNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE HYBRID II.
Tổng quát hệ thống truyền lực trên ô tô. Tổng quát hệ thống truyền lực xe Hybrid II. Các kí hiệu qui ƣớc. Động cơ đốt trong.
Các trạng thái chuyển động của xe. Khởi động động cơ. Dẫn động bằng động cơ điện MG2. Tăng tốc nhẹ bằng động cơ xăng.
Xe chạy ở tải nhỏ. Xe chuyển động ở trạng thái tăng tốc mạnh. Xe chạy lùi. Các trạng thái tái tạo năng lƣợng.
Xe giảm tốc. Phanh bằng động cơ.40 Chƣơng IV. SỰ TRUYỀN NĂNG LƢỢNG VÀ TỔN HAO TRÊN XE HYBRID II. Lâm Mai Long Trang x HVTH : Ngô Phi Long Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid 4.
Năng lƣợng từ động cơ truyền qua bộ truyền bánh răng hành tinh. Quan hệ moment. Quan hệ vận tốc góc. Tổ hao năng lƣợng trong quá trình chuyển động của ô tô.
Xe vận hành và tăng tốc nhẹ. Moment kéo tại cầu chủ động và đƣờng đặc tính. Hiệu suất truyền động và tổn hao năng lƣợng. Vận tốc xe trên 40 km/h.
Công suất kéo kết hợp hai loại động cơ và đƣờng đặc tính. Hiệu suất hệ thống truyền động và tổn hao năng lƣợng. CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ BẢN. Phƣơng trình cân bằng lực kéo và đồ thị.
Phƣơng trình cân bằng lực kéo. Đồ thị cân bằng lực kéo. Các thông số động lực học. Xác định vận tốc cực đại của xe Vmax.
Xác định gia tốc cực đại của ô tô jmax.