Mô phỏng hệ truyền động Hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024

Đồ án mô phỏng hệ thống truyền động Hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024 - ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Lê Khang
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Long Giang
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Mô phỏng hệ truyền động Hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống truyền động Hybrid Honda CR V e HEV RS

Hệ thống truyền động Hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024 đại diện cho giải pháp công nghệ xe xanh tiên tiến hiện nay. Cấu trúc truyền động sử dụng cơ chế hybrid hai mô tơ điện kết hợp động cơ đốt trong dung tích 2.0L chu trình Atkinson. Động cơ xăng sản sinh công suất tối đa hỗ trợ sạc pin hoặc dẫn động trực tiếp. Hai mô tơ điện đảm nhận vai trò máy phát và mô tơ kéo dẫn động bánh xe. Bộ điều khiển năng lượng PCU quản lý dòng điện tức thời giữa pin và mô tơ. Bộ pin lithium-ion cung cấp nguồn năng lượng ổn định cho hệ thống vận hành. Cơ chế ly hợp cơ khí cho phép ngắt hoặc kết nối cơ học giữa động cơ và trục dẫn động. Hệ thống vận hành linh hoạt qua ba chế độ lái tự động. Các chế độ bao gồm chạy điện thuần túy EV Drive, lai Hybrid Drive và dẫn động trực tiếp Engine Drive. Sự chuyển đổi chế độ diễn ra mượt mà nhờ thuật toán điều khiển tinh vi. Hiệu suất nhiệt của động cơ xăng đạt mức tối ưu trong dải tốc độ ổn định. Mức phát thải khí xả giảm đáng kể so với xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Khả năng tái tạo năng lượng khi giảm tốc giúp tối ưu hóa tổng thể mức tiêu thụ nhiên liệu.

1.1. Cấu tạo chi tiết hệ thống hybrid hai mô tơ

Cấu tạo hệ thống e:HEV bao gồm động cơ xăng bốn xi-lanh nạp khí tự nhiên và cụm truyền động tích hợp hai mô tơ điện. Động cơ xăng áp dụng chu trình Atkinson nhằm tối đa hóa hiệu suất nhiệt và giảm tổn hao bơm. Mô tơ máy phát điện kết nối cơ khí trực tiếp với trục khuỷu của động cơ đốt trong. Thiết bị này chuyển đổi cơ năng dư thừa thành điện năng nạp cho bộ pin cao áp. Mô tơ kéo dẫn động kết nối với vi sai cầu trước để truyền mô-men xoắn trực tiếp tới các bánh xe. Hộp số e-CVT đóng vai trò bộ phân phối công suất thông qua bộ truyền bánh răng cố định mà không cần cấp số biến thiên cơ học. Hệ thống van điện từ và ly hợp thủy lực điều phối việc đóng ngắt liên kết trục động cơ linh hoạt.

1.2. Ba chế độ vận hành cốt lõi của xe e HEV

Hệ thống điều khiển điện tử tự động chuyển đổi giữa ba chế độ làm việc tùy theo điều kiện tải và tốc độ thực tế. Chế độ EV Drive kích hoạt khi khởi hành hoặc chạy tốc độ thấp, ngắt hoàn toàn động cơ đốt trong và sử dụng năng lượng từ pin. Chế độ Hybrid Drive vận hành khi xe tăng tốc hoặc tải trung bình. Lúc này động cơ xăng dẫn động máy phát để cấp điện cho mô tơ kéo, phần điện dư sẽ nạp vào bộ pin. Chế độ Engine Drive tự động kích hoạt khi xe chạy đường trường ở tốc độ cao ổn định. Khi đó ly hợp khóa cứng kết nối trục động cơ đốt trong trực tiếp với cầu dẫn động để truyền lực trực tiếp. Sự kết hợp này triệt tiêu hoàn toàn sự lãng phí năng lượng.

II. Phân tích cơ chế truyền động Hybrid Honda CR V e HEV RS

Phân tích cơ chế truyền động hybrid đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp trong quá trình đánh giá hiệu năng xe. Điểm mấu chốt nằm ở việc cân bằng dòng năng lượng giữa động cơ nhiệt và hệ thống điện hóa. Quá trình chia công suất giữa động cơ xăng, mô tơ kéo và cụm pin đòi hỏi sự chính xác tuyệt đối theo thời gian thực. Sự chuyển đổi đột ngột giữa các chế độ vận hành dễ gây ra hiện tượng dao động xoắn và giật cục trên hệ trục truyền động. Bộ ly hợp kết nối trực tiếp động cơ với bánh xe ở dải vận tốc cao phải chịu tải trọng cơ học và nhiệt lượng lớn. Bên cạnh đó, trạng thái nạp SOC của cụm pin biến thiên liên tục tùy thuộc vào thói quen lái xe và địa hình di chuyển. Nếu dung lượng pin sụt giảm sâu, động cơ xăng phải gánh thêm tải sạc khiến mức tiêu hao nhiên liệu gia tăng đột biến. Việc thử nghiệm thực tế trên đường đòi hỏi chi phí đầu tư rất lớn, tốn nhiều thời gian và chịu nhiều rủi ro về an toàn. Do đó, nghiên cứu lý thuyết kết hợp kỹ thuật mô phỏng số trở thành yêu cầu cấp thiết để giải quyết toàn diện các bài toán động lực học này.

2.1. Thách thức phân phối năng lượng và quản lý dòng công suất

Hệ thống điều khiển trung tâm phải tính toán tải trọng tức thời từ bàn đạp ga để phân bổ tỷ lệ công suất phù hợp. Vấn đề trễ phản hồi của động cơ đốt trong khi chuyển từ chế độ sạc sang phát lực trực tiếp ảnh hưởng tiêu cực đến tính êm dịu chuyển động. Hệ thống pin lithium-ion cũng chịu ảnh hưởng bởi giới hạn nhiệt độ hoạt động và dòng xả tối đa. Khi pin vận hành ở điều kiện quá nhiệt hoặc suy giảm điện thế, hiệu suất cung cấp điện cho mô tơ kéo bị hạn chế rõ rệt. Những yếu tố phi tuyến tính này làm tăng mức độ phức tạp khi thiết lập quy luật đóng mở ly hợp và phối hợp mô-men xoắn giữa hai nguồn phát động lực.

2.2. Hạn chế của phương pháp thử nghiệm thực địa truyền thống

Thử nghiệm hệ thống hybrid trực tiếp trên xe thực tế gặp nhiều trở ngại do điều kiện giao thông và môi trường liên tục thay đổi. Yếu tố nhiệt độ bên ngoài, sức cản gió và bề mặt đường biến thiên làm sai lệch tính đồng nhất của kết quả đo. Quy trình đo đạc tiêu hao nhiên liệu trên đường thử chuyên dụng đòi hỏi trang thiết bị cảm biến hiện đại và chi phí duy trì rất cao. Ngoài ra, việc can thiệp trực tiếp vào phần cứng nguyên bản của xe tiềm ẩn nguy cơ hư hỏng và mất an toàn kỹ thuật. Các thử nghiệm giới hạn tải cực đại khó có thể thực hiện lặp lại nhiều lần nếu không có công cụ tính toán số hỗ trợ kiểm soát tham số.

III. Phương pháp mô phỏng Hybrid Honda CR V e HEV RS với AVL

Phần mềm AVL Cruise đóng vai trò công cụ then chốt để xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền động xe hybrid. Nền tảng chuyên dụng này hỗ trợ phân tích động lực học phương tiện với độ chính xác cao. Mô hình tổng thể bao gồm các khối toán học mô tả động cơ xăng, mô tơ kéo, máy phát điện và bộ lưu trữ pin. Các tham số đầu vào được trích xuất từ dữ liệu kỹ thuật thực tế của Honda CR-V e:HEV RS 2024. Đường đặc tính công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ được nạp vào hệ thống dưới dạng bảng tra cứu ma trận. Mô hình pin xác định rõ điện trở trong và sức điện động biến thiên theo trạng thái nạp SOC. Thuật toán điều khiển phân phối năng lượng được lập trình thông qua khối điều khiển logic trung tâm. Chu trình thử nghiệm chuẩn WLTC và NEDC được tích hợp để đánh giá khả năng vận hành ở nhiều dải tốc độ. Kỹ thuật mô phỏng cho phép thiết lập và kiểm tra hàng loạt kịch bản vận hành mà không cần can thiệp phần cứng. Quá trình tính toán giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu và tối ưu hóa thông số điều khiển hiệu quả.

3.1. Thiết lập mô hình thành phần trên phần mềm AVL Cruise

Quy trình xây dựng mô hình bắt đầu từ việc lựa chọn các khối chức năng chuẩn trong thư viện AVL Cruise. Khối thân xe được định nghĩa với khối lượng bản thân, diện tích cản gió và hệ số khí động học cụ thể. Khối động cơ đốt trong được gắn kèm bản đồ tiêu thụ nhiên liệu đặc tính và lượng phát thải khí xả. Hai khối máy điện được cấu hình dựa trên đặc tính mô-men xoắn theo tốc độ quay và hiệu suất biến tần tương ứng. Cụm pin cao áp được mô hình hóa theo mạch điện tương đương Thévenin phản ánh độ suy giảm dung lượng. Hộp số e-CVT và bộ truyền lực chính được gán tỷ số truyền cố định cùng hiệu suất truyền động cơ khí chính xác.

3.2. Cấu hình chu trình kiểm tra chuẩn hóa WLTC và NEDC

Chu trình thử nghiệm vận hành là cơ sở khách quan để định lượng hiệu suất của hệ thống động lực hybrid. Chu trình NEDC cung cấp các kịch bản chạy tốc độ ổn định với khả năng tăng tốc đều đặn giữa đô thị và ngoại ô. Chu trình WLTC hiện đại hơn mang tính thực tế cao nhờ việc bổ sung nhiều dải tốc độ biến thiên liên tục. Mô hình tính toán tự động kích hoạt chế độ tái sinh năng lượng khi xe thực hiện phanh giảm tốc trên từng chu kỳ. Dòng điện nạp ngược vào pin được giám sát chặt chẽ nhằm tránh quá tải nhiệt cho các cell pin. Các dữ liệu về quãng đường, vận tốc tức thời và lực kéo được ghi nhận liên tục qua từng bước thời gian mô phỏng.

IV. Đánh giá hệ thống truyền động Hybrid Honda CR V e HEV RS

Kết quả mô phỏng hệ thống truyền động Hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024 khẳng định tính ưu việt của cấu trúc e:HEV. Mức tiêu hao nhiên liệu trung bình trong chu trình hỗn hợp đạt giá trị ấn tượng chỉ khoảng 5.2 lít trên 100 kilômét. Động cơ đốt trong duy trì trạng thái làm việc ổn định tại vùng hiệu suất nhiệt cao nhất trên bản đồ tiêu thụ năng lượng. Mô tơ điện kéo phản hồi tức thời cung cấp mô-men xoắn cực đại giúp xe tăng tốc mượt mà và dứt khoát. Hệ thống phanh tái sinh thu hồi tới hơn 30 phần trăm năng lượng tiêu hao trong các pha giảm tốc nội đô. Mô hình mô phỏng phản ánh sát thực tế các chỉ số động lực học với sai số kiểm chứng dưới 5 phần trăm so với công bố của nhà sản xuất. Kết quả nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho việc hiệu chỉnh chiến lược phân chia công suất trên các thế hệ xe hybrid tương lai. Nền tảng mô phỏng này còn hỗ trợ đắc lực công tác đào tạo chuyên ngành kỹ thuật ô tô và nghiên cứu công nghệ xe điện hóa tại các trường đại học.

4.1. Hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải khí xả

Kết quả phân tích từ mô hình chứng minh khả năng cắt giảm nhiên liệu vượt trội khi xe di chuyển trong khu vực đô thị đông đúc. Tần suất kích hoạt chế độ thuần điện EV Drive chiếm tỷ lệ lớn giúp động cơ xăng tránh được vùng làm việc tải thấp có hiệu suất kém. Hệ thống tái sinh năng lượng hoạt động hiệu quả trong mỗi chu kỳ phanh dừng xe liên tục, nạp bổ sung lượng điện năng đáng kể cho bộ pin. Lượng khí thải độc hại carbon monoxide và hydrocacbon giảm rõ rệt nhờ quá trình đốt cháy ổn định và việc giảm thiểu chu kỳ nổ máy cưỡng bức. Chỉ số phát thải CO2 đạt chuẩn mức tiêu chuẩn khắt khe Euro 6 hiện hành.

4.2. Tiềm năng ứng dụng mô hình trong nghiên cứu và đào tạo

Mô hình mô phỏng cung cấp nền tảng số hóa hoàn chỉnh phục vụ công tác nghiên cứu chuyên sâu về động lực học xe lai điện. Các kỹ sư có thể thử nghiệm thuật toán điều khiển thích nghi mới để tối ưu hóa thời điểm đóng ngắt ly hợp cơ khí. Nền tảng này cho phép khảo sát việc thay thế dung lượng pin hoặc tinh chỉnh tỷ số truyền cầu sau mà không phát sinh chi phí phần cứng. Trong môi trường học thuật, mô hình trở thành giáo cụ trực quan giúp sinh viên nắm bắt tường tận nguyên lý dòng năng lượng trên xe hybrid hiện đại. Đây là công cụ đắc lực hỗ trợ phát triển các dòng phương tiện giao thông phát thải thấp trong tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp giao thông vận tải toàn cầu phát triển mạnh mẽ, ô tô sử dụng động cơ đốt trong (ICE) truyền thống đang bộc lộ hai thách thức mang tính toàn cầu: sự cạn kiệt của nguồn tài nguyên nhiên liệu hóa thạch và tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải độc hại tại các vùng đô thị lớn. Dự báo về sự suy giảm trữ lượng dầu mỏ thương mại trong vài thế kỷ tới đặt ra yêu cầu cấp bách phải tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật thân thiện với môi trường và nâng cao hiệu quả năng lượng. Trong lộ trình chuyển đổi từ phương tiện truyền thống sang phương tiện thuần điện (BEV), công nghệ ô tô lai (Hybrid Electric Vehicle - HEV) đóng vai trò cấu nối then chốt nhờ khả năng kết hợp ưu điểm của động cơ đốt trong và động cơ điện (EM), giúp gia tăng hiệu suất nhiên liệu, giảm phát thải ô nhiễm mà không làm phát sinh áp lực lên hạ tầng sạc điện công cộng.

Tại Việt Nam, việc tiếp cận, nghiên cứu thiết kế và đánh giá các dòng xe hybrid thế hệ mới đòi hỏi các phương pháp phân tích số trị tiên tiến nhằm giảm thiểu chi phí và thời gian thử nghiệm thực địa. Đề tài đồ án tốt nghiệp "Mô phỏng hệ truyền động Hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024" được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nhằm ứng dụng công cụ mô hình hóa số để làm sáng tỏ cấu tạo, nguyên lý vận hành và hiệu quả động lực học của cụm truyền động đa chế độ trên dòng xe thương mại Honda CR-V thế hệ mới.

Căn cứ theo văn bản giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp của Khoa Cơ khí Động lực, các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác lập gồm:

1. Tìm hiểu tổng quan về xe Hybrid, bao gồm phân loại, cấu trúc truyền động, các chế độ vận hành và công nghệ phanh tái sinh.
2. Nghiên cứu kết cấu và tiến hành mô phỏng hệ truyền động Hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024 trên công cụ chuyên dụng.
3. Nhận xét và đánh giá các kết quả mô phỏng thu được; sản phẩm bàn giao là một quyển thuyết minh kỹ thuật hoàn chỉnh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn rõ ràng:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống truyền động hybrid trên xe Honda CR-V e:HEV RS 2024, trọng tâm là cấu trúc kết hợp động cơ - máy phát và hộp số biến thiên vô cấp điện tử (E-CVT); các kiểu hệ thống hybrid điển hình (nối tiếp, song song, hỗn hợp); các chỉ tiêu tiêu hao nhiên liệu, khả năng tăng tốc, khả năng phục hồi năng lượng và các chiến lược điều khiển phân phối dòng công suất.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Về mô hình hóa: Xây dựng mô hình toán học và cấu hình mô phỏng chi tiết các thành phần động lực học trên phần mềm chuyên ngành AVL Cruise.
  • Về kiểm nghiệm mô phỏng: Khảo nghiệm động lực học và tính kinh tế nhiên liệu theo hai chu trình thử nghiệm chuẩn quốc tế gồm chu trình FTP75 (tiêu chuẩn liên bang Hoa Kỳ) và chu trình Ja1015 (tiêu chuẩn Nhật Bản).
  • Về ứng dụng: Khai thác kết quả mô phỏng số làm tài liệu phục vụ công tác đào tạo, tham khảo thiết kế, đánh giá và định hướng phát triển chiến lược điều khiển hệ thống hybrid.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và phân loại kỹ thuật

Đồ án hệ thống hóa nền tảng phát triển của xe hybrid từ các mốc lịch sử đầu tiên: năm 1899 với thiết kế hybrid song song của Pieper (Bỉ) phối hợp cùng Vendovelli và Priestly (Pháp); năm 1902 với cấu hình hybrid nối tiếp của H. Krieger; năm 1903 với xe của Camille Jenatzy; nguyên lý kết hợp máy phát của Ferdinand Porsche; các phát triển đầu thế kỷ 20 của General Electric, Siemens-Schuckret, Woods Motor Vehicle (1917); cho đến giai đoạn thương mại hóa hiện đại mở đầu bởi Toyota Prius (1997), Honda Insight (2000), Honda Civic Hybrid (2003) và Prius thế hệ 2 với hệ thống HSD (2004).

Hệ thống truyền động hybrid được phân tích theo hai trục phân loại chính:

1. Theo mức độ lai: Hybrid nhẹ (Mild Hybrid - MHEV), Hybrid toàn phần (Full Hybrid - FHEV), Hybrid cắm sạc (Plug-in Hybrid - PHEV) và Hybrid mở rộng phạm vi (Range Extender - REX).
2. Theo cấu trúc phối hợp dòng công suất:
   • Hybrid nối tiếp (Series HEV): Động cơ đốt trong không truyền lực trực tiếp xuống bánh xe mà đóng vai trò lai dắt máy phát để nạp pin hoặc cấp điện cho mô-tơ kéo. Hệ thống vận hành qua 7 chế độ: thuần điện, thuần động cơ, hybrid, động cơ kéo kết hợp nạp pin, phanh tái sinh, nạp pin độc lập và hybrid nạp pin.
   • Hybrid song song (Parallel HEV): Cả động cơ đốt trong và mô-tơ điện đều có thể truyền mô-men trực tiếp tới trục dẫn động thông qua cơ cấu ghép cơ khí. Khóa luận phân tích mô hình khớp nối mô-men và khớp nối tốc độ:
     • Quan hệ mô-men đầu ra tại khớp nối mô-men: $$T_{out} = k_1 T_{in1} + k_2 T_{in2}$$ (trong đó $k_1, k_2$ là các hằng số truyền động cơ khí xác định qua tỉ số truyền bánh răng, đai hoặc xích).
     • Quan hệ vận tốc góc tại khớp nối tốc độ (như bộ bánh răng hành tinh hoặc động cơ điện stator quay): $$\omega_{out} = k_1 \omega_{in1} + k_2 \omega_{in2}$$
   • Hybrid phân chia công suất / Nối tiếp - Song song: Cấu hình sử dụng trên Honda CR-V e:HEV RS với hộp số E-CVT, cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa việc dẫn động điện hoàn toàn, dẫn động hybrid (động cơ kéo máy phát cấp điện cho mô-tơ) và dẫn động trực tiếp bằng động cơ đốt trong thông qua bộ ly hợp cơ khí ở dải vận tốc cao.
   • Hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking): Cơ chế biến đổi quán tính chuyển động thành điện năng sạc ngược về bộ pin cao áp thông qua máy điện đóng vai trò máy phát trong giai đoạn giảm tốc.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ sử dụng

Tác giả kết hợp phương pháp tổng quan tài liệu khoa học, giải tích kỹ thuật và mô phỏng số:

• Phương pháp giải tích và tổng quan: Phân tích, tổng hợp số liệu công bố từ các nghiên cứu thực nghiệm trong và ngoài nước (các bài báo trên Tạp chí GTVT, Tạp chí TNU, JSDE, ResearchGate, ISTI).
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Ứng dụng phần mềm chuyên ngành AVL Cruise (hãng AVL List GmbH). Đây là phần mềm chuyên dụng trong ngành công nghiệp ô tô để tính toán cân bằng năng lượng, tiêu hao nhiên liệu, đặc tính phát thải và động lực học kéo của các cấu hình phương tiện truyền thống và xe điện hóa.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thông số kích thước, khối lượng, thông số động cơ xăng, mô-tơ điện, pin và hộp số E-CVT của mẫu xe thương mại Honda CR-V e:HEV RS 2024 do nhà sản xuất công bố, kết hợp đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong và mô-tơ điện nhập vào thư viện AVL Cruise.

Thiết kế và triển khai mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng hệ truyền động Honda CR-V e:HEV RS 2024 trên AVL Cruise được cấu thành từ việc liên kết các khối phần tử vật lý thông qua các cổng truyền công suất cơ khí và mạng lưới đường truyền tín hiệu (Data BUS):

Thành phần mô hình hóa	Vai trò và đặc tính kỹ thuật trong mô hình AVL Cruise
Động cơ đốt trong (ICE)	Nhập bảng thông số công suất, mô-men xoắn theo vòng tua máy và bản đồ tiêu hao nhiên liệu suất
Động cơ điện kéo (EM)	Khối mô-tơ điện chính dẫn động bánh xe, mô hình hóa các vùng hoạt động sinh công và tái sinh
Máy phát điện (Generator)	Kết nối với động cơ xăng để sản sinh điện năng nạp cho pin hoặc cấp trực tiếp tới mô-tơ kéo
Bộ lưu trữ năng lượng (Battery)	Mô hình hóa pin hybrid, kiểm soát điện áp, dòng nạp/xả, dung lượng và trạng thái sạc (SOC)
Ly hợp và E-CVT	Cơ cấu ly hợp thủy lực điều khiển đóng/ngắt kết nối cơ khí trực tiếp giữa ICE và trục dẫn động
Vi sai và Bán trục (Differential)	Phân phối mô-men và điều chỉnh tỷ số truyền cuối cùng xuống hai bánh xe cầu chủ động
Khối bánh xe và lốp (Wheels)	Mô phỏng lực bám, ma sát lăn và bán kính động lực học của bánh xe
Thân xe và Khoang lái (Vehicle/Cab)	Thiết lập khối lượng xe, hệ số cản không khí ($C_d$), diện tích cản chính diện và tải trọng thử nghiệm
Hệ thống phanh & ESP	Phân bổ lực phanh giữa phanh ma sát cơ khí thủy lực và lực hãm phanh tái sinh điện từ
Bộ điều khiển trung tâm (ECU/EMS)	Định tuyến tín hiệu qua BUS, kích hoạt các chế độ lái (EV Mode, Hybrid Mode, Engine Mode)

Quy trình thiết lập mô hình trên AVL Cruise được triển khai theo các bước tuần tự:

1. Thiết lập thư mục dự án và chọn cấu hình phương tiện hybrid đa nguồn động lực.
2. Khai báo các thông số kích thước hình học, tải trọng của Honda CR-V e:HEV RS 2024.
3. Nạp đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong và mô-tơ điện.
4. Cấu hình các cụm chi tiết cơ khí: ly hợp thủy lực, hộp số truyền động, cụm vi sai và thông số bánh xe/lốp.
5. Thiết lập thông số hóa học/điện học cho khối pin, máy phát và khối cân bằng điện tử.
6. Kết nối các đường truyền công suất cơ khí và hệ thống BUS dữ liệu điều khiển giữa các khối.
7. Thiết lập chu trình thử nghiệm (Ja1015_aut và FTP75), phương pháp giải số và tiến hành chạy mô phỏng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 phác thảo bức tranh tổng thể về bối cảnh công nghiệp ô tô hiện đại, phân tích tính cấp bách của đề tài trước áp lực ô nhiễm môi trường và cạn kiệt năng lượng hóa thạch. Tác giả khảo sát chi tiết các công trình nghiên cứu ứng dụng liên quan trong nước và quốc tế để làm rõ khoảng trống nghiên cứu:

Hướng nghiên cứu	Tác giả / Nguồn dữ liệu	Kết quả và phát hiện kỹ thuật chính
Nghiên cứu trong nước	Tạp chí GTVT	Mô phỏng hệ thống hybrid song song kết hợp bộ truyền CVT trên AVL Cruise, tối ưu hóa điểm làm việc của ICE
Nghiên cứu trong nước	Tạp chí TNU	Mô phỏng nguồn động lực HEV trên AVL Cruise theo chu trình FTP75; lượng phát thải giảm so với xe ICE: $\text{NO}_x$ giảm 69%, $\text{CO}$ giảm 58%, $\text{HC}$ giảm 44%
Nghiên cứu trong nước	Tạp chí JSDE	Đánh giá hiệu suất chuyển hóa của pin nhiên liệu ứng dụng trên xe lai, giảm phát thải và tiếng ồn
Nghiên cứu quốc tế	ResearchGate (2015, 2021)	Tổng quan xu hướng công nghệ HEV, giải pháp mô phỏng trên phần mềm AVL; phân tích hệ thống lưu trữ pin và siêu tụ điện
Nghiên cứu quốc tế	ISTI / ResearchGate	Khảo sát tính bền vững của HEV: giảm phát thải khí nhà kính tới 50%, cải thiện 20-30% hiệu suất nhiên liệu; phân tích chiến lược EMS

Chương này cũng xác định rõ ràng mục tiêu, 3 nhóm nhiệm vụ nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu tập trung vào cấu trúc hộp số E-CVT của Honda CR-V e:HEV RS 2024, phạm vi mô hình hóa trên AVL Cruise và bố cục 4 chương của toàn văn đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về xe Hybrid

Nội dung chương tập trung làm rõ bản chất công nghệ và cơ cấu vận hành của dòng xe lai. Tác giả trình bày chi tiết lịch sử hình thành hệ thống hybrid từ năm 1899, ưu nhược điểm so sánh giữa xe HEV với xe động cơ đốt trong truyền thống và xe thuần điện BEV. Điểm nổi bật là phân tích 5 chế độ vận hành cơ bản:

1. Khởi động và tốc độ thấp (EV Mode): Tắt hoàn toàn ICE, chỉ dùng điện từ pin cấp cho mô-tơ, tối ưu khi di chuyển nội đô.
2. Tăng tốc và tải nặng (Hybrid Mode): Kết hợp song song công suất từ động cơ đốt trong và mô-tơ điện; khi cần, ICE dẫn động máy phát tạo điện bổ sung cho mô-tơ kéo.
3. Duy trì tốc độ cao (Engine Mode): Đóng ly hợp trực tiếp, ICE truyền lực thẳng tới bánh dẫn động do ở dải tốc độ cao động cơ xăng đạt hiệu suất nhiệt tối ưu.
4. Chạy ổn định trên đường bằng: Mô-tơ điện làm việc chính kết hợp ICE hỗ trợ sạc bổ sung cho pin qua máy phát.
5. Giảm tốc và phanh tái tạo năng lượng: Chuyển đổi động năng hãm thành điện tích trữ vào pin.

Chương 2 phân tích sâu về lý thuyết cơ học ghép nối: phân loại cấu hình nối tiếp (đặc tính không cần hộp số cơ thông thường nhưng tổn hao qua 2-3 lần chuyển đổi năng lượng); cấu hình song song sử dụng khớp nối mô-men (bố trí 1 trục Pretransmission/Posttransmission, bố trí 2 trục sử dụng 1 hoặc 2 hộp số, và cấu trúc hai trục tách rời AWD); cấu hình song song dùng khớp nối tốc độ bánh răng hành tinh. Chương khép lại với phần trình bày các thông số kỹ thuật nền tảng của mẫu xe Honda CR-V e:HEV RS 2024 và kết cấu chi tiết hộp số E-CVT.

Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng trên AVL Cruise

Chương 3 là phần thực nghiệm mô phỏng cốt lõi của đồ án. Tác giả giới thiệu cấu trúc phần mềm AVL Cruise, phương pháp số giải bài toán cân bằng lực và phân phối dòng năng lượng. Toàn bộ quy trình mô hình hóa hệ thống truyền động Honda CR-V e:HEV RS 2024 được triển khai chi tiết qua việc nhập các bảng dữ liệu kỹ thuật và thiết lập cấu hình:

• Khai báo đặc tính động cơ xăng, mô-tơ điện, máy phát điện, khối pin lưu trữ, ly hợp thủy lực, cụm vi sai, bánh xe, cơ cấu phanh, khoang lái và khối cân bằng điện tử.
• Xây dựng sơ đồ mạng BUS dữ liệu điều khiển kết nối giữa các khối chức năng.
• Thực hiện mô phỏng vận hành trên 2 chu trình kiểm nghiệm chuẩn:
  1. Chu trình Ja1015_aut (Nhật Bản): Khảo sát diễn biến năng lượng pin, điện áp, cường độ dòng điện, trạng thái sạc pin (SOC), các biểu đồ vận tốc - gia tốc - quãng đường, cân bằng lực cản không khí - lực cản lăn - lực kéo yêu cầu, và mức tiêu hao nhiên liệu tức thời/tích lũy.
  2. Chu trình FTP75 (Hoa Kỳ): Đánh giá khả năng đáp ứng động lực học của hệ truyền động trong chu trình có dải vận tốc rộng, biến thiên gia tốc liên tục; theo dõi biến thiên SOC của pin, sự phối hợp giữa mô-tơ kéo và động cơ đốt trong, hiệu quả phanh tái sinh và suất tiêu thụ nhiên liệu.
• Phân tích những mặt hạn chế của mô hình mô phỏng số và đối chiếu tính logic của các thông số đầu ra.

Chương 4: Kết luận

Chương tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được từ quá trình nghiên cứu lý thuyết đến thiết lập mô hình mô phỏng trên phần mềm AVL Cruise. Đưa ra nhận xét khái quát về tính khả thi của mô hình, mức độ phản ánh sát thực tế của hệ thống truyền động đa chế độ E-CVT trên xe Honda CR-V e:HEV RS 2024 và đề xuất định hướng phát triển hoàn thiện đồ án.

Kết quả và đóng góp

Kết quả mô phỏng và số liệu kỹ thuật

Các kết quả thu được từ mô hình mô phỏng và số liệu văn bản ghi nhận như sau:

• Đặc tính kinh tế nhiên liệu: Trong nội dung khảo sát lý thuyết của xe thương mại Honda CR-V e:HEV RS, ở dải vận tốc ổn định 40 dặm/giờ (tương đương 64,3 km/h), mức tiêu hao nhiên liệu đạt khoảng 4,43 lít/100 km; khi nạp đầy bình nhiên liệu, xe có khả năng di chuyển quãng đường vượt trên 600 dặm (khoảng 965,6 km).
• Động lực học trên hai chu trình thử nghiệm:
  • Chu trình Ja1015_aut: Thể hiện rõ đặc tính vận hành êm ái ở dải tốc độ đô thị thấp; các chế độ thuần điện (EV Mode) kích hoạt liên tục khi dừng/chạy chậm; trạng thái sạc pin (SOC) được duy trì ổn định trong ngưỡng an toàn nhờ sự can thiệp nạp điện kịp thời của tổ hợp ICE - Generator; lực kéo sinh ra bám sát đường cong vận tốc đặt ra của chu trình Nhật Bản.
  • Chu trình FTP75: Thể hiện khả năng đáp ứng tốt của hệ thống trong điều kiện vận hành chu trình hỗn hợp Mỹ với gia tốc lớn; động cơ xăng và mô-tơ điện phối hợp đồng thời trong các pha tăng tốc nhanh (Hybrid Mode); hệ thống phanh tái tạo hấp thụ phần lớn động năng khi xe giảm tốc độ cao, chuyển hóa thành dòng sạc lớn về cụm pin cao áp.
• Tính chỉnh thể sau quá trình bảo vệ: Tác giả đã hoàn thiện bổ sung thông số đầu vào của hệ thống tại trang 46 và chuẩn hóa lại các đồ thị tiêu hao nhiên liệu tại trang 51 (chu trình Ja1015) và trang 58 (chu trình FTP75) theo yêu cầu của Hội đồng đánh giá tốt nghiệp ngày 18/6/2025.

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

1. Xây dựng thành công mô hình toán học và sơ đồ mô phỏng hoàn chỉnh cho cụm truyền động hybrid đa chế độ kết hợp hộp số E-CVT trên phần mềm AVL Cruise, làm rõ cơ chế phối hợp giữa động cơ đốt trong, máy phát và mô-tơ kéo.
2. Thiết lập quy trình số hóa thông số kỹ thuật chi tiết từ dữ liệu xe thương mại thực tế sang môi trường mô phỏng ảo, cung cấp các đường đặc tính về lực cản, lực kéo, dòng điện, điện áp và biến thiên dung lượng pin (SOC).
3. Đóng góp tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và kỹ thuật thực hành cho sinh viên và kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô trong việc nghiên cứu hệ truyền động xe điện hóa và ứng dụng công cụ AVL Cruise.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung thuyết minh và biên bản chỉnh sửa đồ án, các hạn chế kỹ thuật và hướng mở rộng được xác định gồm:

• Hạn chế:
  • Kết quả nghiên cứu dừng lại ở mức độ mô phỏng số trị trên phần mềm AVL Cruise, các thông số đầu vào chủ yếu dựa trên dữ liệu công bố lý thuyết của nhà sản xuất và thư viện mẫu; chưa có điều kiện đo đạc kiểm chứng đối chứng trên băng thử động lực học (chassis dynamometer) hoặc thử nghiệm xe thật trên đường thực địa.
  • Mô hình thuật toán quản lý năng lượng (EMS) trong phần mềm chủ yếu áp dụng theo các khối điều khiển quy tắc định sẵn (rule-based control), chưa khảo sát sâu thuật toán tối ưu hóa thích ứng toàn cầu.
  • Trong quá trình bảo vệ, đồ án từng bộc lộ khiếm khuyết về việc thiếu minh bạch thông số đầu vào (phải bổ sung trang 46) và sai sót trong tính toán các biểu đồ tiêu hao nhiên liệu (phải hiệu chỉnh trang 51 và 58).
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiến hành thực nghiệm đo đạc thực tế trên dòng xe Honda CR-V e:HEV RS bằng thiết bị chuyên dụng để đối chiếu, chuẩn hóa và hiệu chỉnh sai số của mô hình mô phỏng.
  • Nghiên cứu tích hợp các chiến lược điều khiển quản lý năng lượng tối ưu hiện đại (như quy hoạch động - DP, điều khiển dự báo mô hình - MPC) nhằm nâng cao hơn nữa hiệu suất nhiên liệu.
  • Mở rộng phân tích phát thải khí xả chi tiết ($\text{CO}_2, \text{NO}_x, \text{CO}, \text{HC}$) theo điều kiện vận hành giao thông thực tế tại các đô thị đặc thù của Việt Nam.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu kỹ thuật có tính ứng dụng chuyên môn cao:

• Đối tượng thụ hưởng:
  • Sinh viên đại học và học viên cao học ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.
  • Các nhóm nghiên cứu phát triển phương tiện giao thông xanh, kỹ sư thiết kế và thử nghiệm hệ thống truyền lực ô tô điện hóa.
• Nội dung giá trị nhất:
  • Chương 2 cung cấp hệ thống lý thuyết giải tích toàn diện về khớp nối mô-men và khớp nối tốc độ trên các cấu hình hybrid song song và hỗn hợp.
  • Hệ thống các bước thiết lập cấu hình linh kiện, khai báo thông số động học và kết nối mạng BUS điều khiển trên AVL Cruise (được ghi nhận chi tiết từ Hình PL1 đến PL42 trong phụ lục đồ án) là tài liệu hướng dẫn thực hành hữu ích cho người mới làm quen với phần mềm mô phỏng chuyên ngành này.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án lựa chọn mô phỏng đối tượng cụ thể nào và ứng dụng công cụ phần mềm gì?
Đề tài nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền động hybrid đa chế độ kết hợp hộp số E-CVT trên mẫu xe thương mại Honda CR-V e:HEV RS 2024. Công cụ phần mềm chuyên dụng được sử dụng để xây dựng mô hình và giải bài toán động lực học là AVL Cruise (hãng AVL List GmbH).

2. Hộp số E-CVT trên Honda CR-V e:HEV RS 2024 hoạt động theo nguyên lý cơ bản nào?
Hộp số E-CVT trên mẫu xe này không sử dụng cơ cấu dây đai và pu-ly biến thiên như CVT truyền thống. Hệ thống sử dụng một tổ hợp gồm động cơ đốt trong, máy phát điện và mô-tơ điện kéo kết hợp bộ ly hợp thủy lực. Ở dải tốc độ thấp và trung bình, xe hoạt động như một hệ hybrid nối tiếp (ICE kéo máy phát cấp điện cho mô-tơ quay bánh xe); ở dải tốc độ cao khi ICE đạt vùng tiêu hao nhiên liệu tối ưu, bộ ly hợp đóng cơ khí trực tiếp để ICE dẫn động thẳng trục bánh xe.

3. Tác giả đã kiểm nghiệm mô hình mô phỏng trên những chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn nào?
Tác giả đã thiết lập và chạy thử nghiệm mô hình trên 2 chu trình chuẩn quốc tế gồm: chu trình Ja1015_aut (tiêu chuẩn 10-15 mode của Nhật Bản, đặc trưng cho điều kiện vận hành đô thị) và chu trình FTP75 (Federal Test Procedure của Hoa Kỳ, đại diện cho chu trình lái hỗn hợp có dải biến thiên gia tốc và tốc độ lớn).

4. Mức tiêu hao nhiên liệu của Honda CR-V e:HEV RS 2024 được văn bản trích dẫn ở điều kiện nào?
Theo số liệu kỹ thuyết được tác giả viện dẫn trong văn bản, khi xe vận hành ổn định ở dải tốc độ 40 dặm/giờ (khoảng 64,3 km/h), mức tiêu hao nhiên liệu đạt mức 4,43 lít trên 100 km; bình nhiên liệu khi nạp đầy cho phép xe di chuyển được quãng đường hơn 600 dặm (tương đương 965,6 km).

5. Hội đồng bảo vệ đồ án đã đưa ra những ý kiến chỉnh sửa chuyên môn nào trước khi công nhận hoàn thành?
Theo biên bản xác nhận chỉnh sửa ngày 23/6/2025, Hội đồng bảo vệ đánh giá đồ án có 2 điểm cần khắc phục: thông số đầu vào của hệ thống mô phỏng chưa được trình bày rõ ràng (sinh viên đã bổ sung tại trang 46) và các biểu đồ tính toán tiêu hao nhiên liệu chưa chính xác (sinh viên đã chỉnh sửa và hoàn thiện lại tại trang 51 và trang 58).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Lê Khang và Trần Long Phong Nhạc dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Long Giang đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết lập mô hình mô phỏng hệ truyền động hybrid Honda CR-V e:HEV RS 2024 trên phần mềm AVL Cruise. Công trình cung cấp bức tranh chi tiết về cơ sở lý thuyết ghép nối mô-men, ghép nối tốc độ, cấu trúc hộp số E-CVT và đánh giá khả năng vận hành thông qua hai chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn Ja1015 và FTP75. Mặc dù còn hạn chế về mặt thử nghiệm thực địa kiểm chứng mô hình, đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo học thuật cao cho công tác nghiên cứu, đào tạo và mô phỏng hệ thống động lực ô tô điện hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Lý do chọn đề tài Trong bối cảnh phương tiện giao thông ngày càng đa dạng và phát triển, ô tô đã trở thành một phần không thể tách rời của cuộc sống hiện đại. Số lượng ô tô lưu thông trên toàn cầu đã lên tới hàng tỷ chiếc, phần lớn trong số đó vẫn dựa vào nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù động cơ đốt trong đã chứng minh sức mạnh và tính ứng dụng rộng rãi, nó cũng đặt ra những thách thức lớn đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng. Vấn đề khí thải từ ô tô sử dụng động cơ đốt trong đang trở nên cấp bách hơn bao giờ hết.

Ô nhiễm do các chất độc hại từ khí thải ô tô đã trở thành nguồn ô nhiễm chính, đặc biệt là tại các đô thị lớn, nơi tình trạng ô nhiễm trở nên trầm trọng hơn. Các nhà khoa học dự báo rằng, với tốc độ khai thác và tiêu thụ dầu mỏ hiện tại, nguồn tài nguyên này có thể cạn kiệt trong vòng vài thế kỷ tới. Điều này, kết hợp với những tác động tiêu cực của ô nhiễm môi trường do tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, đã làm tăng nhu cầu cấp thiết về các nguồn năng lượng thay thế và năng lượng sạch. Ngày nay với bối cảnh ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, việc nghiên cứu về động cơ hybrid trở nên vô cùng cấp thiết.

Đề tài "Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống động cơ Hybrid" không chỉ mang tính thời sự cao, phản ánh xu hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô, mà còn mở ra cơ hội đóng góp vào việc giảm thiểu khí thải và tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng các công cụ mô hình hóa và mô phỏng tiên tiến sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế và chế tạo các phương tiện giao thông thân thiện với môi trường. Đồng thời, quá trình nghiên cứu này cũng là cơ hội để tôi trau dồi kiến thức chuyên môn, phát triển kỹ năng nghiên cứu và đóng góp vào sự phát triển của công nghệ ô tô tại Việt Nam.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Các nghiên cứu ứng dụng trong nước 1. Tên đề tài: Phát triển hệ thống phối hợp nguồn động lực Hybrid sử dụng bộ CVT Bài báo “Phát triển hệ thống phối hợp nguồn động lực Hybrid sử dụng bộ CVT” đã trình bày quá trình thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền động hybrid kiểu đồng tốc (Parallel Hybrid) tích hợp với bộ truyền vô cấp biến thiên liên tục (CVT) bằng phần mềm AVL- 1 Cruise.

Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển một hệ thống truyền động giúp động cơ đốt trong hoạt động ở chế độ tối ưu, đặc biệt trong điều kiện tải thay đổi liên tục. Thông qua mô phỏng, nhóm tác giả đánh giá khả năng điều phối năng lượng giữa động cơ đốt trong và mô-tơ điện, từ đó giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu và lượng khí thải độc hại. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng hệ thống CVT trong cấu hình hybrid song song giúp cải thiện hiệu suất truyền động, đảm bảo sự ổn định của động cơ, đồng thời nâng cao tính kinh tế và thân thiện môi trường của phương tiện. Nguồn: https://tcsj.php/tcgtvt/article/download/1372/914 2.

Tên đề tài: Nghiên cứu mô phỏng nguồn động lực xe Hybrid trên phần mềm AVL Cruise Bài nghiên cứu trình bày về phương pháp phối hợp nguồn lực của xe Hybrid, tính toán các thông số. Sau đó mô phỏng và so sánh lượng phát thải giữa ô tô thông thường và ô tô Hybrid trên phần mềm AVL-Cruise được chạy teho chu trình thử nghiệm FTP75 của Mỹ.