CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Dẫn nhập Ngày nay vấn đề khan hiếm nhiên liệu hóa thạch và vấn đề ô nhiểm môi trường do khí thải của động cơ đốt trong tạo ra áp lực lớn với các nhà sản suất ô tô trên thế giới. Xét về góc độ giảm ô nhiểm môi trường thì ô tô với động cơ điện là lựa chọn tốt nhất để lựa chọn, những năm gần đây đã có nhiều hãng xe ô tô lớn cho ra mắt nhiều chủng loại ô tô sử dụng động cơ điện. Trên thực tế hiện tại thì ô tô sử dụng động cơ đốt trong vẫn còn phổ biến và là hình ảnh quen thuộc đến nhiều thế hệ mai sau.
Ô tô với hệ truyền động hybrid được xem là tối ưu để giải quyết vấn đề giảm ô nhiểm môi trường, giảm tiêu hao nhiên liệu hóa thạch mà không phải hủy bỏ hàng loạt dây truyền sản suất xe cơ giới truyền thống và hình ảnh quen thuộc ô tô truyền thống. Ô tô Hybrid có hệ truyền động được cấu thành từ động cơ đốt trong truyền thống và động cơ điện được chế tạo từ những năm đầu thế kỉ 18 nhưng do nhiều yếu tố như khả năng phát triển và ứng dụng điện điện tử vào điều khiển động cơ điện chưa đạt hiệu quả như mong muốn đồng thới động cơ đốt trong ngày càng được cải tiến mang lại hiệu quả cao nên động cơ đốt trong được xem như lựa chọn tốt nhất thời điểm bấy giờ. Sự nỗ lực đáng kể nhất trong lịch sử phát triển và thương mại hóa xe Hybrid được tạo ra bởi các nhà sản suất xe ô tô đến từ nhật bản. Cuối thế kỷ XIX hãng xe hơi Toyota cho ra thị trường mẩu sedan Prius ở Nhật, đồng thời hãng Honda cũng ra mắt mẫu Honda Civic hybrid những mẫu xe trên hiện vẫn lưu thông trên thế giới.
Những năm gần đây với sự phát triển của khoa học và công nghệ tiên tiến các nhà sản suất ô tô trên thế giới đã ứng dụng công nghệ điều khiển hiện đại và chọn xe Hybrid là giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề ô nhiểm môi trường và tiêu hao nhiên liệu. 1 Vì vậy có thể nói hệ thống truyền động hybrid hiện nay là hệ truyền động ứng dụng công nghệ hiện đại để phối hợp truyền công suất giữa động cơ xăng truyền thống với động cơ điện một cách tối ưu nhất. Chương trình đào tạo về hệ thống truyền động hybrid đã được nhiều trường đại học, cao đẳng, các trung tâm đào tạo nghề đưa vào giảng dạy gần đây, tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn chung như tài liệu tham khảo; mô hình dạy học về hệ thống truyền động hybrid vẫn còn rất khiêm tốn, vấn đề nghiên cứu giao tiếp với máy tín để mô phỏng, thực nghiệm khảo sát còn hạn chế, chưa đồng bộ. Với vai trò vừa là quản lý vừa là giáo viên trực tiếp tham gia giảng dạy chuyên ngành công nghệ ô tô cho học sinh sinh viên tại trường Cao Đẳng Nghề Cần Thơ.
Vì lý do đó tôi xin chọn đề tài: “Chế tạo mô hình hệ thống truyền động hybrid trên xe Toyota Prius phục vụ giảng dạy tại trường cao đẳng nghề cần thơ”, với mong muốn tạo ra thêm nhiều mô hình dạy học để phục vụ cho công tác đào tạo của trường. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Một số nghiên cứu trong nước Những năm gần đây cũng đã có không ít cán bộ khoa học công nghệ đã nghiên cứu về hệ thống truyền động hybrid trên ô tô, nhiều mô hình hệ thống truyền động hybrid cũng được các trường nghề và các cơ sở cung cấp thiết bị dạy nghề thực hiện, nhiều sinh viên cũng chọn nội dung thiết kế chế tạo mô hình hệ thống truyền động hybrid để làm đề tài tốt nghiệp. Tuy vậy, các đề tài này chủ yếu nghiên cứu việc khảo sát các tính năng.
*Đề tài tốt nghiệp “Toyota Prius Hybrid 2004 -2009” ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh tháng 1 năm 2017: Đề tài này cung cấp tổng quát và chi tiết về cấu tạo các bộ phận về hệ thống hybrid trên các xe Toyota Prius thế hệ 1 và 2 từ 2004 đến 2009 đây là 2 thế hệ hybrid đầu tiên nên công nghệ chưa cao và có nhiều điểm hạn chế so với các thế hệ hiện nay đồng thời nội dung đề tài trên chưa chỉ ra được mạch điện điều khiển quạt làm mát cho pin cao áp. *Đề tài tốt nghiệp “Chuyên Đề Về Ô Tô Hybrid” ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh tháng 1 năm 2016: Nội dung chủ yếu của đề tài chỉ giới thiệu tổng quan về xe Hybrid, cấu tạo các bộ 2 phận và các chế độ vận hành, các lỗi thường gặp và cách ứng phó khẩn cấp đây là nguồn tài liệu tham khảo bổ ích cho sinh viên tìm hiểu về xe Hybrid tuy nhiên chủ yếu vào 2 thế hệ Hybrid đầu tiên. Một số nghiên cứu trên thế giới Qua nghiên cứu các đề tài cũng như các công ty chế tạo mô hình ngoài nước đơn cử như: * Đề tài “Toyota Hybrid Synergy Drive” – Tác giả Soheil Seyed Hosseini – Trường đại học Rochester – Tháng 10 năm 2015: Nội dung đề tài chủ yếu tập trung tìm hiểu hệ thống “Toyota Hybrid Synergy” trên các dòng xe toyota như Prius, Highlander Hybrid, Camry Hybrid, Lexus RX 400h, Lexus GS 450h, Lexus LS 600h/LS 600hL và các thế hệ xe Toyota Prius từ 2004 đến 2009. * Đề tài “Modelling and Simulating a Hybrid Electric Vehicle” – (Master’s thesis in electrical engineering) – The Arctic University of Norway tháng 6 năm 2017: Nội dung của đề tài chủ yếu mô hình hóa và mô phỏng về xe Hybrid giúp người đọc hiểu tổng quát về xe Hybrid, đề tài chưa tập trung vào một loại hình xe hybrid cụ thể, chỉ một cách tổng quát.
* Thiết bị đào tạo xe Hybrid do DAESUNG G-3 Co.Ltd, Hàn Quốc sản xuất. Đây là mô hình xe Toyota Prius 2010 mô hình đầy đủ các hệ thống, có thể ứng dụng vào quá trình khai thác giảng dạy. Tuy nhiên vẫn còn vài hạn chế như sau: - Chi phí đầu tư quá cao. - Mô hình là một xe hoàn chỉnh chỉ tháo phần thân võ chưa thể hiện rõ các bộ phận bên trong của bộ truyền động hybrid.
- Mô hình chưa có chức năng giao tiếp và thể hiện thông tin về hệ thống hybrid.1: Mô hình hệ thống truyền động xe toyot prius 2010 của DAESUNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Qua tìm hiểu chương trình đào tạo nghề Công nghệ ô tô ở các trường Cao đẳng nghề ở nước ta nói chung và ở trường Cao Đẳng nghề Cần thơ nói riêng nội dung công nghệ truyền động Hybrid đã được đưa vào đào tạo. Tuy nhiên cơ sở vật chất phục vụ cho chương trình đào tạo còn rất hạn chế đặc biệt là mô hình bộ truyền động hybrid .Vì vậy đề tài “ Chế tạo mô hình hệ thống truyền động hybrid trên xe Toyota Prius phục vụ giảng dạy " là cần thiết cho quá trình đào tạo ngành công nghệ ô tô ở trường nghề đồng thời qua đó có thể cung cấp cho cán bộ, nhân viên chuyên môn kỹ thuật nghành ô tô nói riêng do những lợi ích sau: -Mô hình đơn giản gọn nhẹ di chuyển dễ dàng thể hiện đủ các bộ phận bên trong củ bộ truyền động giúp cho người học dể dàng nhận dạng cấu tạo, tìm hiểu ngyên lý hoạt động của hệ thống hybrid, -Bộ thu thập thông tin các cảm biến giúp người học dể dàng nắm rõ nguyên lý hoạt động trong quá trình truyền động trên hệ thống hybrid xe Toyota Prius. Đề tài đáp ứng được các yêu cầu như: Tính mới, tính cần thiết và tính quan trọng 4 1.
Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 1. Mục tiêu nghiên cứu Vận dụng các kiến thức lý thuyết về hệ thống truyền động hybrid trên xe Toyota Prius 2010, thiết kế mạch giao tiếp thu thập tín hiệu để giúp cho việc giảng dạy của giáo viên được tốt hơn, giúp cho giáo viên và học viên có thể quan sát sự hoạt động của hệ thống hybrid rất rõ ràng thông qua các dữ liệu hiển thị trên máy tính. Đồng thời các bài tập phục vụ cho quá trình đào tạo nội dung xe hybrid được tốt hơn. Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống truyền động xe Toyota Prius 2010.
- Nghiên cứu các ứng dụng Arduino Mega và phần mềm và giao diện Lapview. - Các loại card giao tiếp. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn 1. Nhiệm vụ của đề tài Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng đào tạo, học tập và nghiên cứu về hệ thống truyền động hybrid, đề tài được thực hiện với hai nhiệm vụ chính: - Thiết kế và chế tạo một mô hình cắt bổ hệ thống hybrid trên cơ sở các thiết bị của xe Toyota Prius 2010, phục vụ cho công tác giảng dạy thực hành và có thể tiến hành các thực nghiệm hoạt động của các cảm biến thuộc xe hybrid trên mô hình hoặc xe đang hoạt động.
Phạm vi nghiên cứu Đề tài ứng dụng trong việc đào tạo nghề công nghệ ô tô tại trường cao đẳng nghề Cần Thơ, nên phạm vi đề tài chỉ thực hiện nghiên cứu hệ thống truyền động hybrid trên xe Toyota Prius 2010. Đồng thời, chỉ tiến hành khảo sát trên mô hình xe Toyota Prius 2010 nhằm nghiên cứu làm rõ hoạt động của cảm biến tốc độ xe, cảm biến tốc độ MG1, tốc độ MG2 và tốc độ động cơ 2RZ-FXE được lắp trên xe Toyota Prius 2010. Phần thiết kế, chế tạo chỉ xin giới hạn việc trình bày kết quả thi công dưới dạng sản phẩm hoàn thiện, phần nội dung không đề cập đến việc tính toán kết cấu cũng như sức bền cho từng chi tiết mô hình. Phương pháp nghiên cứu Với mục tiêu là biên soạn tài liệu và thi công một mô hình hệ cắt bổ hộp truyền động hybrid cùng với bộ thu thập tín hiệu kết nối với máy tính, để phục vụ đào tạo, phương pháp nghiên cứu gồm các phương pháp chính sau: - Nghiên cứu lý thuyết: + Đặc điểm động cơ 2ZR-FXE, đặc điểm hộp truyền động hybrid P410 lắp trên xe Toyota Prius 2010, + Cấu tạo, nguyên lý làm việc của một số bộ phận, + Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm Lapview, - Nghiên cứu thực nghiệm: + Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình hệ thống truyền động Hybrid phục vụ giảng dạy.
Nghiên cứu bộ thu thập tín hiệu giao tiếp với máy tính. + Biên soạn một số bài giảng về hệ thống truyền động Hybrid.