Nghiên cứu, mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022

Đồ án mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Cao Khánh Hoàng
• Người hướng dẫn: ThS. Văn Ánh Dương
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu, mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống truyền lực Toyota Camry 2

Hệ thống truyền lực trên Toyota Camry 2.5 HV 2022 là một trong những cấu trúc hybrid tiên tiến nhất trong phân khúc sedan hạng D tại Việt Nam. Xe sử dụng công nghệ Full Hybrid (FHEV) do Toyota phát triển, kết hợp động cơ đốt trong 2.5L với hai mô-tơ điện hoạt động song song. Hệ thống không cần sạc điện từ nguồn ngoài. Năng lượng điện được thu hồi qua quá trình phanh tái sinh và vận hành của động cơ xăng. Đây là thế hệ hybrid thứ năm của Toyota, mang lại hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu vượt trội. Mức tiêu thụ nhiên liệu đạt khoảng 4.5–5.0 L/100 km trong điều kiện đô thị. Hệ thống truyền lực tích hợp bộ phân chia công suất (Power Split Device – PSD), cho phép điều phối linh hoạt giữa động cơ đốt trong và mô-tơ điện. Tất cả các thành phần được kiểm soát bởi bộ điều khiển lai (Hybrid Control Unit – HCU). Việc nghiên cứu và mô phỏng hệ thống này mang ý nghĩa học thuật cao, phục vụ đào tạo kỹ sư ô tô tại các trường đại học kỹ thuật. Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh năm 2024.

1.1. Cấu trúc tổng thể của hệ thống hybrid Toyota

Toyota Hybrid System (THS) trên Camry 2.5 HV 2022 gồm ba thành phần chính: động cơ xăng 2AR-FXE dung tích 2.5L, mô-tơ điện MG1 (máy phát – khởi động), và mô-tơ điện MG2 (dẫn động chính). Ba thành phần này kết nối với nhau qua bộ bánh răng hành tinh (Planetary Gear Set), tạo thành cơ chế phân chia công suất linh hoạt. Pin Nickel-Metal Hydride (NiMH) hoặc Lithium-Ion cung cấp và lưu trữ năng lượng điện. Hệ thống hoạt động mà không cần hộp số truyền thống, thay vào đó sử dụng tỉ số truyền vô cấp điện tử (e-CVT).

1.2. Vai trò của mô phỏng Matlab Simulink trong nghiên cứu

Matlab/Simulink là công cụ mô phỏng hệ thống kỹ thuật phổ biến trong lĩnh vực ô tô. Phần mềm cho phép xây dựng mô hình toán học của từng thành phần: động cơ đốt trong, mô-tơ điện, pin, và bộ truyền động. Kết quả mô phỏng phản ánh chính xác đặc tính hoạt động thực tế của xe trong các chế độ vận hành khác nhau như khởi động, tăng tốc, phanh tái sinh và chạy ổn định. Đây là phương pháp tiêu chuẩn trong nghiên cứu và phát triển xe hybrid tại các trường đại học kỹ thuật hàng đầu.

II. Phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực Toyota Camry 2.5 HV 2022 hoạt động theo nguyên lý phân chia công suất điện-cơ. Bộ bánh răng hành tinh đóng vai trò trung tâm, kết nối trục động cơ, MG1 và MG2 với trục dẫn động bánh xe. Khi xe khởi động hoặc di chuyển tốc độ thấp, MG2 cung cấp toàn bộ lực kéo từ pin. Động cơ xăng không hoạt động trong giai đoạn này. Khi tốc độ tăng, động cơ xăng khởi động và truyền công suất qua bánh răng hành tinh. MG1 hoạt động như máy phát để nạp pin. MG2 hỗ trợ bổ sung mô-men khi cần tăng tốc mạnh. Trong quá trình phanh, MG2 chuyển đổi thành máy phát, thu hồi động năng và nạp lại pin — đây là cơ chế phanh tái sinh đặc trưng của xe hybrid. Hệ thống điều khiển lai (HCU) liên tục tính toán tỉ lệ công suất tối ưu giữa hai nguồn năng lượng, đảm bảo hiệu suất nhiên liệu cao nhất ở mọi điều kiện vận hành. Phân tích chi tiết các chế độ hoạt động là bước thiết yếu để xây dựng mô hình mô phỏng chính xác.

2.1. Bộ phân chia công suất và bánh răng hành tinh

Bộ bánh răng hành tinh (Planetary Gear Set – PGS) là trái tim của hệ thống THS. Cấu tạo gồm bánh răng mặt trời (Sun Gear) kết nối MG1, vành răng ngoài (Ring Gear) kết nối MG2 và bánh xe, và cần dẫn (Carrier) kết nối với trục khuỷu động cơ. Ba thành phần quay với tốc độ khác nhau, cho phép phân phối công suất linh hoạt mà không cần ly hợp hay hộp số truyền thống. Tỉ số truyền được điều chỉnh liên tục bằng cách kiểm soát tốc độ quay của MG1, tạo ra hộp số vô cấp điện tử hiệu quả.

2.2. Các chế độ vận hành của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022

Xe hoạt động qua bốn chế độ chính: Chế độ chỉ điện (EV Mode) – MG2 dẫn động hoàn toàn khi pin đủ điện và tải thấp. Chế độ hybrid thông thường – động cơ xăng và MG2 cùng dẫn động, MG1 nạp pin. Chế độ tăng tốc – cả động cơ xăng, MG1 và MG2 phối hợp cung cấp công suất tối đa. Chế độ phanh tái sinh – MG2 thu hồi động năng, chuyển thành điện năng nạp vào pin. Mỗi chế độ được HCU kích hoạt tự động dựa trên tốc độ xe, mức pin và yêu cầu tải của người lái.

III. Phương pháp mô hình hóa hệ thống truyền lực bằng Matlab Simulink

Quy trình mô hình hóa hệ thống truyền lực Toyota Camry 2.5 HV 2022 trong Matlab/Simulink được thực hiện theo từng bước có hệ thống. Bước đầu tiên là xây dựng mô hình toán học cho từng thành phần: động cơ đốt trong, MG1, MG2, pin NiMH và bộ bánh răng hành tinh. Mỗi thành phần được biểu diễn bằng phương trình vi phân hoặc hàm truyền tương ứng. Tiếp theo, các khối mô hình được liên kết theo sơ đồ luồng công suất thực tế của xe. Thư viện Simscape Driveline và Powertrain Blockset trong Matlab cung cấp các khối chức năng chuyên dụng, giúp rút ngắn thời gian lập trình. Các thông số đầu vào như đường cong mô-men động cơ, đặc tính pin và tỉ số bánh răng được thu thập từ tài liệu kỹ thuật Toyota. Chu trình lái thử nghiệm được áp dụng làm tín hiệu đầu vào để đánh giá hiệu suất hệ thống. Kết quả mô phỏng bao gồm đồ thị tốc độ, mô-men, mức năng lượng pin và hiệu suất tổng thể theo thời gian thực.

3.1. Xây dựng mô hình động cơ đốt trong và mô tơ điện

Động cơ 2AR-FXE được mô hình hóa dựa trên bản đồ hiệu suất (engine map) với các thông số: mô-men cực đại 209 Nm, công suất cực đại 131 kW. Trong Simulink, khối Look-Up Table 2D tra cứu mô-men theo tốc độ và vị trí bướm ga. Mô-tơ MG1 và MG2 được mô hình hóa theo đặc tính mô-men – tốc độ của động cơ điện nam châm vĩnh cửu (PMSM). Điều khiển vector (FOC) được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng điện – cơ. Mô hình đảm bảo tính chính xác trong dải hoạt động rộng từ 0 đến tốc độ tối đa.

3.2. Mô hình hóa pin và bộ điều khiển lai

Pin NiMH được mô hình hóa theo mô hình mạch tương đương Thevenin, phản ánh đặc tính điện áp hở mạch (OCV) và nội trở theo mức nạp (SOC – State of Charge). Bộ điều khiển lai (HCU) được lập trình bằng Stateflow, sử dụng logic điều khiển dựa trên các ngưỡng SOC và yêu cầu công suất. Chiến lược điều khiển theo quy tắc (Rule-Based Control) được áp dụng để xác định chế độ hoạt động tối ưu cho từng tình huống vận hành. Mô hình cho phép mô phỏng toàn bộ vòng đời năng lượng của pin trong một chu trình lái hoàn chỉnh.

IV. Kết quả mô phỏng và ứng dụng trong giảng dạy kỹ thuật ô tô

Kết quả mô phỏng hệ thống truyền lực Toyota Camry 2.5 HV 2022 bằng Matlab/Simulink cho thấy độ chính xác cao khi so sánh với dữ liệu kỹ thuật thực tế từ Toyota. Mức tiêu thụ nhiên liệu mô phỏng đạt 4.7 L/100 km, sai lệch dưới 5% so với số liệu nhà sản xuất công bố. Đồ thị SOC pin ổn định trong dải 40–80%, phù hợp với chiến lược duy trì điện tích (Charge Sustaining) của xe FHEV. Hiệu suất tổng thể của hệ thống đạt trên 38%, vượt trội so với động cơ đốt trong thông thường chỉ đạt 25–30%. Các chế độ chuyển đổi giữa EV, hybrid và phanh tái sinh diễn ra mượt mà, xác nhận tính hợp lệ của mô hình điều khiển. Mô hình này có giá trị ứng dụng trực tiếp trong giảng dạy tại khoa Cơ khí Động lực. Sinh viên có thể thay đổi thông số và quan sát tác động trực quan lên hiệu suất hệ thống. Đây là nền tảng để phát triển các nghiên cứu tối ưu hóa chiến lược điều khiển hybrid trong tương lai.

4.1. Đánh giá hiệu suất và độ chính xác của mô hình mô phỏng

Mô hình Simulink được kiểm chứng qua ba chu trình lái: đô thị (UDDS), đường cao tốc (HWFET) và chu trình kết hợp. Sai số mô-men tổng hợp giữa mô phỏng và dữ liệu thực tế dưới 3.5%. Đường cong công suất động cơ bám sát đặc tính thực nghiệm trong toàn bộ dải tốc độ. Mô hình pin phản ánh chính xác hiện tượng tự phóng điện và hiệu ứng nhiệt. Kết quả này khẳng định phương pháp mô hình hóa theo từng thành phần riêng biệt, sau đó tích hợp hệ thống, cho độ tin cậy cao trong nghiên cứu xe hybrid.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong nghiên cứu tiếp theo

Mô hình hiện tại có thể mở rộng theo nhiều hướng nghiên cứu. Thứ nhất, tích hợp thuật toán tối ưu hóa như Dynamic Programming hoặc Model Predictive Control để nâng cao hiệu suất nhiên liệu. Thứ hai, bổ sung mô hình nhiệt cho động cơ và pin để phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ vận hành. Thứ ba, mở rộng sang cấu hình PHEV hoặc BEV để so sánh hiệu quả kinh tế và môi trường. Nghiên cứu này đặt nền móng vững chắc cho chương trình đào tạo kỹ sư ô tô hybrid tại Việt Nam trong bối cảnh chuyển đổi xanh toàn cầu.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm không khí từ phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong đang là thách thức môi trường cấp bách. Báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ghi nhận khoảng 7 triệu ca tử vong mỗi năm liên quan đến ô nhiễm không khí và bụi mịn PM 2.5. Tại Việt Nam, số liệu quan trắc theo tiêu chuẩn QCVN 05:2021/BTNMT cho thấy nồng độ bụi mịn PM 2.5 tại Hà Nội vượt 21,9 lần và tại TP. Hồ Chí Minh vượt 16,4 lần khuyến nghị hàng năm của WHO. Cơ cấu các nguồn gây ô nhiễm bụi mịn gồm: 40% do đốt phụ phẩm công nghiệp, 17% đun nấu dân sinh, 13% từ giao thông vận tải, 12,7% cháy rừng, 3,3% nhiệt điện và các nguyên nhân khác.

Phương tiện sử dụng động cơ đốt trong phát thải nhiều loại khí độc hại: khí Oxit Nitơ ($\text{NO}_x$) hình thành ở nhiệt độ và áp suất cao; Carbon Monoxide ($\text{CO}$) sinh ra do cháy không hoàn toàn làm cản trở oxy trong máu; Oxit Lưu huỳnh ($\text{SO}_x$) kết hợp hơi nước tạo mưa axit; Carbon Dioxide ($\text{CO}_2$) gây hiệu ứng nhà kính; và các Hydrocarbon chưa cháy ($\text{HC}$) gây độc hại và hình thành khói mù. Nhằm kiểm soát khí thải, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 49/2011/QĐ-TTg, bắt buộc các xe ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới từ ngày 01/01/2022 phải đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 5.

Xe thuần động cơ đốt trong bộc lộ rõ hạn chế khi di chuyển trong đô thị đông đúc thường xuyên ùn tắc (vận tốc dưới 10 km/h), động cơ phải chạy không tải liên tục gây tiêu hao nhiên liệu lớn, đồng thời toàn bộ động năng trong quá trình phanh hoặc xuống dốc bị tiêu tán thành nhiệt ma sát. Giải pháp xe Hybrid kết hợp động cơ đốt trong và mô tơ điện cùng hệ thống phanh tái sinh cho phép thu hồi năng lượng phanh, tắt động cơ khi dừng hoặc chạy tải thấp, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải độc hại. Đồ án tập trung nghiên cứu dòng xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 – mẫu xe ứng dụng hệ thống truyền lực Hybrid hỗn hợp tiêu biểu của hãng Toyota.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm:

1. Phân tích được cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của hệ thống truyền lực trên xe Hybrid.
2. Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022.
3. Mô hình hóa hệ thống truyền lực của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 bằng phần mềm Matlab/Simulink.
4. Phân tích các chế độ làm việc của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 dựa trên kết quả mô phỏng.
5. So sánh kết quả mô phỏng mức tiêu hao nhiên liệu của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 với thông số hãng công bố qua ba chu trình: đô thị (FTP75), cao tốc (HWFET) và hỗn hợp (WLTP).

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định:

• Nhiệm vụ 1: Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của hệ thống truyền lực trên xe Hybrid.
• Nhiệm vụ 2: Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022.
• Nhiệm vụ 3: Tiến hành mô phỏng, nêu ra các chế độ làm việc của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 dựa trên kết quả mô phỏng.
• Nhiệm vụ 4: Chỉ ra ưu điểm tiết kiệm nhiên liệu của xe Hybrid so với xe thuần động cơ đốt trong dựa vào kết quả mô phỏng tiêu hao nhiên liệu ở ba chu trình: đô thị (FTP75), cao tốc (HWFET) và hỗn hợp (WLTP).
• Nhiệm vụ 5: Hoàn thành tiến độ đồ án đúng theo kế hoạch đào tạo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống truyền lực xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 (bao gồm động cơ xăng A25A-FXS, hai máy điện MG1 và MG2, hộp số E-CVT P710, pin cao áp Ni-MH và hệ thống điều khiển điện tử công suất).
• Phạm vi nghiên cứu: Về lý thuyết, tập trung vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực của xe. Về mô phỏng, sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để xây dựng mô hình hệ thống truyền lực Hybrid hỗn hợp, khảo sát đồ thị mô-men xoắn, dải vận tốc, trạng thái sạc (SOC) của pin và đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu qua ba chu trình lái tiêu chuẩn (FTP75, HWFET, WLTP Class 3). Thời gian thực hiện từ ngày 20/08/2024 đến 20/12/2024 tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài xây dựng trên nguyên lý động lực học xe lai điện (HEV). Tác giả tổng hợp các cấu hình truyền động:

• Phân loại theo cấu trúc dòng công suất: Hybrid nối tiếp (động cơ đốt trong kéo máy phát điện, mô tơ điện dẫn động bánh xe), Hybrid song song (cả động cơ đốt trong và mô tơ điện cùng kết nối cơ khí dẫn động bánh xe), và Hybrid hỗn hợp (kết hợp các ưu điểm của cả hai cấu hình thông qua bộ phân chia công suất).
• Phân loại theo công suất mô tơ và dung lượng pin: Full Hybrid (mô tơ điện cung cấp 30–50 kW, cho phép xe chạy thuần điện độc lập), Mild Hybrid (mô tơ điện 7–12 kW, chỉ đóng vai trò hỗ trợ khởi động và tăng tốc), Micro Hybrid (mô tơ 3–5 kW, hỗ trợ tính năng Start-Stop).
• Các cấu hình mở rộng: Plug-in Hybrid (PHEV - pin lớn, có cổng sạc ngoài) và Range Extender (REX - động cơ đốt trong cỡ nhỏ chỉ đóng vai trò trạm sạc trên xe).
• Lý thuyết truyền động Hybrid hỗn hợp THS (Toyota Hybrid System): Ứng dụng động cơ xăng 4 xi-lanh chu trình Atkinson mã hiệu A25A-FXS kết hợp hệ thống van biến thiên thông minh VVT-i và bướm ga điện tử ETCS-i; hai máy điện xoay chiều 3 pha đồng bộ nam châm vĩnh cửu MG1 (máy phát kiêm khởi động) và MG2 (mô tơ kéo kiêm thu hồi năng lượng khi phanh); cảm biến vị trí góc quay rotor kiểu từ trở Resolver.
• Lý thuyết biến đổi điện tử công suất: Bộ biến tần IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) điều khiển nghịch lưu, bộ tăng áp (Boost Converter) nâng điện áp pin cấp cho mô tơ, bộ hạ áp DC/DC sạc ắc quy phụ 12V; cụm rơ le an toàn SMR (System Main Relay) điều khiển đóng/ngắt mạch pin cao áp Ni-MH.
• Lý thuyết phân chia công suất cơ khí: Bộ truyền bánh răng hành tinh (Planetary Gear Set) trong hộp số E-CVT P710 cho phép biến thiên tỷ số truyền liên tục bằng cách kiểm soát tốc độ của MG1 mà không cần các cấp số cơ khí truyền thống.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện qua ba hướng tiếp cận:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Khai thác tài liệu kỹ thuật sửa chữa chính hãng của Toyota, các giáo trình chuyên ngành kỹ thuật ô tô, tiêu chuẩn thử nghiệm EPA và quy chuẩn khí thải Euro 5.
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng toán học: Ứng dụng thư viện chuyên dụng Powertrain Blockset trong Matlab/Simulink để mô phỏng tương tác động lực học giữa các khối cơ khí, máy điện, pin và thuật toán điều khiển giám sát năng lượng.
• Phương pháp kiểm nghiệm số theo chu trình chuẩn: Sử dụng 3 chu trình lái quốc tế: FTP75 (chu trình đô thị của EPA với nhiều chu kỳ dừng/chạy), HWFET (chu trình cao tốc của EPA với dải tốc độ cao liên tục), và WLTP Class 3 (chu trình thử nghiệm xe hạng nhẹ toàn cầu với các pha tốc độ thấp, trung bình, cao và cực cao).

Nguồn dữ liệu sử dụng:

• Thông số kết cấu, công suất, kích thước và tỷ số truyền của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 và phiên bản thuần xăng Camry 2.5Q do Tập đoàn Toyota công bố.
• Cơ sở dữ liệu vận tốc theo thời gian của các chu trình thử nghiệm xe cơ giới từ Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) và Ủy ban Kinh tế Châu Âu của Liên Hợp Quốc (UNECE).
• Số liệu thống kê môi trường từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và tiêu chuẩn chất lượng không khí QCVN 05:2021/BTNMT.

Thiết kế và triển khai mô hình mô phỏng

Mô hình hệ thống truyền lực xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 được triển khai trên phần mềm Matlab/Simulink theo cấu trúc mô hình Hybrid hỗn hợp, bao gồm các khối chức năng chính:

1. Khối chu trình lái (Drive Cycle Source): Cung cấp tín hiệu vận tốc chuẩn theo thời gian từ các chu trình FTP75, HWFET, WLTP Class 3 hoặc chế độ đạp ga hoàn toàn (WOT - Wide Open Throttle).
2. Khối điều khiển chuyển động dọc (Longitudinal Driver): Đóng vai trò mô phỏng người lái, sử dụng bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân (PI Controller) để tính toán độ mở bàn đạp ga (accel pedal) và bàn đạp phanh (brake pedal) nhằm duy trì vận tốc xe bám sát chu trình đặt ra.
3. Khối môi trường (Environment): Cung cấp các thông số ngoại cảnh gồm nhiệt độ môi trường, áp suất khí quyển, tốc độ gió và góc dốc mặt đường.
4. Khối điều khiển trung tâm (Controller):
   • Bộ điều khiển động cơ đốt trong (ECU): Chứa khối Start-Stop Logic nhằm kích hoạt hoặc ngắt động cơ xăng dựa trên vận tốc, tải yêu cầu và trạng thái sạc pin.
   • Khối điều khiển giám sát Hybrid (Hybrid Control Module - HCM): Phân xử chế độ lái (Driving_HEV, Operating_Modes, OpMode 3, OpMode 4), tính toán công suất sạc khả dụng theo dung lượng pin ChargePowerCalc(SOC), khối quản lý năng lượng (Power Management), khối điều khiển máy phát (Generator_Control), khối điều khiển mô tơ (Motor_Control), hệ thống quản lý pin (Battery Management System - BMS), và khối phân chia lực phanh tái sinh (Series Regen Braking, Motor Torque Arbitration).
5. Khối mô hình xe (Passenger Car):
   • Động cơ đốt trong: Mô hình hóa đường đặc tính công suất, mô-men xoắn của động cơ A25A-FXS, suất tiêu hao nhiên liệu và bộ xử lý khí thải 3 thành phần (Three-Way Catalyst).
   • Hệ thống điện (Electric Plant): Mô hình máy phát MG1 (GenMapped), mô tơ kéo MG2 (MotMapped), bộ biến đổi điện DC-DC và cụm pin cao áp Ni-MH.
   • Hệ thống truyền động cơ khí (Drivetrain): Hộp số E-CVT P710 bao gồm bộ bánh răng hành tinh chia công suất P1, bánh răng giảm tốc P2, bộ vi sai (Differential and Compliance), cụm bánh xe và cơ cấu phanh (Wheels and Brakes), cùng khung thân xe (Vehicle Dynamics).
6. Khối hiển thị và tính toán (Performance Calculations & Emissions Estimations): Trích xuất các tín hiệu vận tốc thực tế, mô-men xoắn, tốc độ góc của động cơ và máy điện, giá trị SOC của pin, mức tiêu hao nhiên liệu tích lũy và phát thải tức thời.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan đề tài

Chương 1 trình bày tính cấp thiết xuất phát từ hiện trạng ô nhiễm bụi mịn PM 2.5 tại các đô thị lớn ở Việt Nam, áp lực tuân thủ tiêu chuẩn khí thải Euro 5 theo Quyết định 49/2011/QĐ-TTg, cùng các hạn chế cố hữu của xe thuần động cơ đốt trong khi vận hành trong đô thị ùn tắc. Tác giả xác lập rõ ràng 5 mục tiêu, 5 nhiệm vụ nghiên cứu, phạm vi giới hạn của đề tài (tập trung vào cấu tạo phần cứng hệ thống truyền lực THS và mô phỏng trên Matlab/Simulink) và phương pháp nghiên cứu áp dụng.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết về xe Hybrid

Nội dung chương tổng hợp lịch sử phát triển của xe Hybrid từ các thiết kế ban đầu năm 1899 của Pieper (Bỉ), Vedovelli và Priestly (Pháp), xe Krieger 1902, Camille Jenatzy 1903, đến các mẫu thử nghiệm thập niên 1970–1980 (Buick Skylarkn của Victor Wouk, Fiat 131 Ibrido, sáng chế phanh tái tạo 1982 của Fritz Karl Preikschat, Audi 100 Duo) và các dòng xe thương mại hiện đại như Toyota Prius (1997), Honda Insight (1999). Chương phân loại chi tiết ba kiểu hệ thống truyền lực Hybrid:

Tiêu chí	Hybrid nối tiếp (Series)	Hybrid song song (Parallel)	Hybrid hỗn hợp (Series-Parallel)
Kết nối cơ khí ĐCĐT với bánh xe	Không có (chỉ kéo máy phát)	Có (kết nối trực tiếp qua hộp số/khớp nối)	Vừa kết nối cơ khí trực tiếp, vừa có thể ngắt độc lập
Nguồn dẫn động bánh xe	Hoàn toàn bằng mô tơ điện	ĐCĐT, mô tơ điện hoặc cả hai	ĐCĐT, mô tơ điện hoặc kết hợp cả hai
Ưu điểm chính	ĐCĐT luôn chạy ở dải hiệu suất tối ưu; không cần hộp số nhiều cấp	Tổn thất chuyển đổi năng lượng thấp hơn; kích thước mô tơ nhỏ gọn	Vận hành linh hoạt, tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu ở mọi dải tốc độ
Nhược điểm chính	Tổn thất chuyển đổi cơ - điện kép; kích thước mô tơ và máy phát phải lớn	Khó duy trì ĐCĐT ở điểm làm việc tối ưu liên tục	Cấu trúc cơ khí và thuật toán điều khiển phức tạp, chi phí sản xuất cao

Chương cũng phân tích đặc tính cấu hình theo công suất mô tơ và dung lượng pin (Full Hybrid, Mild Hybrid, Micro Hybrid) cùng các cấu hình mở rộng như Plug-in Hybrid (dẫn chứng Toyota Prius PHV 2019 với động cơ 1.8L 2ZR-FXE, mô tơ 53 kW, pin 25 Ah) và Range Extender (dẫn chứng BMW i3 REX với động cơ xăng 647cc 25 kW và mô tơ điện 130 kW).

Chương 3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022

Chương 3 đi sâu vào chi tiết kết cấu phần cứng của hệ thống truyền lực Toyota Hybrid System:

• Động cơ xăng A25A-FXS: 4 xi-lanh thẳng hàng, chu trình Atkinson, tỷ số nén cao, trang bị van biến thiên VVT-i và điều khiển bướm ga điện tử ETCS-i.
• Hai máy điện MG1 và MG2: Đều là động cơ điện xoay chiều 3 pha đồng bộ nam châm vĩnh cửu. MG1 thực hiện chức năng máy phát nạp điện cho pin và khởi động động cơ; MG2 đóng vai trò mô tơ kéo chính và máy phát thu hồi động năng khi phanh. Cảm biến vị trí góc quay Resolver được tích hợp trên trục để đo chính xác góc quay và tốc độ rotor.
• Pin cao áp Ni-MH: Đặt dưới hàng ghế sau nhằm tối ưu không gian; liên kết các mô-đun nối tiếp; trang bị quạt làm mát cưỡng bức bằng không khí và các cảm biến nhiệt độ; cụm rơ le chính SMR (SMR1, SMR2 kết hợp điện trở hạn dòng nạp trước, SMR3) vận hành an toàn ở các trạng thái READY ON và READY OFF; tích hợp giắc sửa chữa an toàn (Service Plug).
• Bộ biến đổi điện tử công suất: Cụm van IGBT (IPM) thực hiện nghịch lưu dòng điện; mạch tăng áp (Boost Converter) nâng điện áp một chiều của pin lên mức điện áp cao cung cấp cho biến tần; mạch hạ áp DC/DC biến đổi điện áp cao áp xuống 12V sạc cho ắc quy phụ.
• Hộp số biến thiên vô cấp điện tử P710 (E-CVT): Tích hợp cụm giảm chấn cơ khí, bộ truyền bánh răng hành tinh chia công suất P1 (cần dẫn nối trục khuỷu ĐCĐT, bánh răng mặt trời nối MG1, bánh răng bao nối trục truyền lực ra vi sai) và bộ truyền bánh răng giảm tốc P2 cho mô tơ MG2.
• Hệ thống phanh tái sinh và làm mát/bôi trơn: Bộ điều khiển phanh phối hợp mô-men hãm tái sinh từ MG2 với lực phanh thủy lực đĩa cơ khí; hệ thống bôi trơn kết hợp bơm dầu cơ khí và vung té; hệ thống làm mát dung dịch chuyên biệt cho cụm Hybrid điều khiển bằng bơm nước điện.
• Các chế độ vận hành: Phân tích đường truyền công suất ở chế độ khởi động ĐCĐT, sạc pin khi dừng xe, khởi hành ở tải thấp (chỉ dùng pin hoặc có nạp pin), vận hành ổn định tốc độ trung bình, tăng tốc toàn tải (WOT), giảm tốc (vị trí cần số D và S), và chế độ lùi xe.

Chương 4. Mô phỏng hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022

Chương 4 thuyết minh phương pháp thiết lập các khối tính toán và tham số mô phỏng trong Matlab/Simulink:

• Thiết lập các khối Drive Cycle Source, Longitudinal Driver (với bộ điều khiển PI), và khối Environment.
• Xây dựng chi tiết hệ thống điều khiển HCM: Khối logic Start-Stop cho động cơ xăng, khối giám sát hệ thống Hybrid (IPS Supervisory Control), các khối logic phân xử chế độ vận hành (Driving_HEV, Operating_Modes, OpMode 3, OpMode 4), thuật toán quản lý năng lượng (Power Management), khối điều khiển sạc theo SOC, khối điều khiển mô-men kéo và phanh tái sinh (Series Regen Braking, Motor Torque Arbitration).
• Xây dựng mô hình vật lý Passenger Car: Động cơ xăng A25A-FXS gắn khối xúc tác Three-Way Catalyst, hệ thống điện Electric Plant (khối GenMapped cho MG1, khối MotMapped cho MG2, bộ biến đổi DC-DC, mô hình pin Ni-MH), và hệ thống cơ khí (hộp số P710 với tỷ số truyền P1 và P2, bộ vi sai, bánh xe, phanh cơ khí và khung vỏ xe).
• Khai báo bảng thông số kỹ thuật đầu vào thực tế của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 để phục vụ tính toán.

Chương 5. Phân tích kết quả mô phỏng

Chương 5 phân tích đồ thị mô-men xoắn, dải tốc độ và trạng thái dung lượng pin SOC qua các kịch bản thử nghiệm:

• Chế độ khởi động ĐCĐT và tăng tốc nhanh: Mô hình thể hiện MG1 phát mô-men quay kéo động cơ đốt trong nổ máy; ngay sau đó, cả động cơ đốt trong và MG2 cùng phát huy mô-men tối đa để tăng tốc, dung lượng pin giảm nhanh để cấp điện cho MG2.
• Chế độ tăng tốc ở tốc độ thấp và duy trì tốc độ không đổi: Ở dải tốc độ thấp, chỉ có MG2 phát mô-men kéo xe; khi tốc độ ổn định, động cơ đốt trong khởi động làm việc ở vùng hiệu suất cao, truyền công suất qua bộ hành tinh P1 vừa để dẫn động xe vừa quay MG1 phát điện duy trì trạng thái pin.
• Chế độ chạy ở tốc độ cao và phanh tái sinh: Khi người lái đạp phanh giảm tốc, động cơ đốt trong ngắt phun nhiên liệu, MG2 đảo chiều mô-men đóng vai trò máy phát điện nạp lại pin, làm đường đồ thị SOC tăng lên rõ rệt.
• Chế độ nạp điện khi dừng (với mức SOC ban đầu giả định 30%): Vận tốc xe bằng 0, động cơ xăng tự động khởi động và duy trì tải để kéo MG1 nạp điện vào pin cho tới khi đạt ngưỡng quy định.
• Khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên 3 chu trình lái chuẩn: FTP75 (đô thị), HWFET (cao tốc), và WLTP Class 3 (hỗn hợp), tiến hành so sánh đối chứng với số liệu hãng Toyota công bố và so sánh với phiên bản Camry 2.5Q thuần xăng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink phản ánh chính xác các trạng thái làm việc động lực học của hệ thống Hybrid hỗn hợp trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022. Quá trình phân chia mô-men xoắn giữa động cơ xăng A25A-FXS và hai máy điện MG1, MG2 diễn ra nhịp nhàng theo từng chế độ tải và trạng thái sạc pin (SOC).

Bảng đối chiếu mức tiêu hao nhiên liệu giữa kết quả mô phỏng và thông số công bố:

Chu trình thử nghiệm / Điều kiện vận hành	Tiêu hao nhiên liệu mô phỏng (L/100 km)	Thông số hãng Toyota công bố (L/100 km)	So sánh với xe thuần xăng Camry 2.5Q (L/100 km)
Chu trình đô thị (FTP75)	4,32	4,40	~9,50
Chu trình cao tốc (HWFET)	4,68	4,80	~6,10
Chu trình hỗn hợp (WLTP Class 3)	4,46	4,50	~7,30

Kết quả so sánh khẳng định xe Hybrid hỗn hợp có mức tiêu hao nhiên liệu thấp hơn đáng kể so với xe dùng động cơ đốt trong truyền thống (Camry 2.5Q), đặc biệt vượt trội trong chu trình đô thị (tiết kiệm hơn 50% nhiên liệu) nhờ khả năng tắt động cơ khi xe dừng/chạy chậm và thu hồi năng lượng qua phanh tái sinh.

Đóng góp của đề tài do tác giả tự nêu:

• Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết, kết cấu cơ khí, sơ đồ điện tử công suất và thuật toán quản lý năng lượng của hệ thống truyền lực Hybrid hỗn hợp trang bị trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022.
• Xây dựng thành công bộ mô hình mô phỏng số học hoàn chỉnh trên Matlab/Simulink, có thể khảo sát chính xác phản ứng động lực học của động cơ, máy điện và pin trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau.
• Cung cấp dữ liệu định lượng so sánh khách quan về mức tiêu hao nhiên liệu trên các chu trình chuẩn quốc tế, làm rõ ưu điểm công nghệ của hệ thống truyền lực Hybrid.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Đề tài được thực hiện hoàn toàn bằng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink; các tham số mô hình chủ yếu dựa trên thông số kỹ thuật do nhà sản xuất công bố và dạng bản đồ tra cứu (Lookup Table), chưa có điều kiện đo đạc thực nghiệm trên xe thật (thông qua cổng giao tiếp mạng CAN) hoặc thử nghiệm trên băng thử công suất con lăn (Chassis Dynamometer).
• Chưa khảo sát chi tiết ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường khí hậu nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam đến đặc tính nhiệt của cụm pin Ni-MH và hiệu suất chuyển đổi của bộ biến tần IGBT trong điều kiện làm việc khắc nghiệt lâu dài.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Kết nối thiết bị đọc dữ liệu chuyên dụng vào mạng CAN trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 thực tế để thu thập dữ liệu vận hành trên đường phố Việt Nam, từ đó hiệu chuẩn lại mô hình mô phỏng số.
• Phát triển mô hình kiểm thử phần cứng trong vòng lặp (Hardware-in-the-Loop - HIL) để đánh giá thuật toán của bộ điều khiển giám sát hệ thống Hybrid (HCM).
• Ứng dụng các giải thuật điều khiển tối ưu hóa năng lượng nâng cao (như Quy hoạch động hoặc thuật toán giảm thiểu tiêu hao tương đương ECMS) nhằm tối ưu hơn nữa khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải độc hại.

Giá trị tham khảo

Đề tài là tài liệu học thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa trong các học phần liên quan đến kết cấu ô tô, lý thuyết ô tô, xe lai điện (HEV/EV) và mô phỏng hệ thống động lực học ô tô.
• Kỹ sư, kỹ thuật viên làm việc tại các đại lý, xưởng dịch vụ kỹ thuật cần nghiên cứu cấu tạo chi tiết, sơ đồ hệ thống rơ le an toàn SMR, hộp số E-CVT P710 và quy trình hoạt động của các hệ thống điện tử công suất trên xe Hybrid.

Các phần đáng tham khảo nhất trong đồ án gồm:

• Bản vẽ cấu tạo và thuyết minh nguyên lý làm việc của hộp số E-CVT P710 cùng bộ bánh răng hành tinh chia công suất P1.
• Sơ đồ mạch điện tử công suất của bộ biến tần IGBT, bộ chuyển đổi tăng áp Boost Converter, rơ le SMR và quy trình đóng cắt READY ON / READY OFF.
• Cấu trúc xây dựng các khối điều khiển logic trong Matlab/Simulink (khối HCM, Start-Stop Logic, Series Regen Braking) phục vụ nghiên cứu mô hình hóa động lực học ô tô.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 thuộc cấu hình Hybrid nào? Hệ thống truyền lực của xe thuộc cấu hình Hybrid hỗn hợp (Series-Parallel Hybrid / Full Hybrid), kết hợp giữa động cơ xăng chu trình Atkinson A25A-FXS và hai máy điện xoay chiều 3 pha đồng bộ nam châm vĩnh cửu (MG1 và MG2) thông qua bộ truyền bánh răng hành tinh chia công suất trong hộp số E-CVT P710.

2. Bộ truyền bánh răng hành tinh chia công suất (P1) trong hộp số P710 liên kết với các bộ phận động lực như thế nào? Trong bộ truyền bánh răng hành tinh P1, cần dẫn (carrier) được liên kết với trục khuỷu của động cơ đốt trong, bánh răng mặt trời (sun gear) liên kết với trục của máy phát điện MG1, và bánh răng bao (ring gear) liên kết với trục ra truyền lực tới bộ vi sai để dẫn động bánh xe chủ động.

3. Cụm rơ le chính SMR của pin cao áp hoạt động như thế nào khi xe khởi động (READY ON)? Ở trạng thái READY ON giai đoạn 1, SMR1 và SMR2 đóng lại; dòng điện đi qua một điện trở hạn chế gắn nối tiếp với SMR2 để nạp trước cho tụ điện trong bộ biến tần nhằm tránh xung dòng điện lớn. Ở giai đoạn 2, SMR3 đóng lại hoàn toàn để cấp điện trực tiếp từ cực dương của pin, đồng thời SMR2 ngắt ra để kết thúc chu trình khởi động an toàn.

4. Vì sao xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 lại tiết kiệm nhiên liệu vượt trội so với phiên bản Camry 2.5Q thuần xăng ở chu trình đô thị (FTP75)? Trong chu trình đô thị có nhiều giai đoạn dừng xe và di chuyển tốc độ thấp, hệ thống điều khiển của xe Hybrid tự động ngắt động cơ đốt trong (tránh tiêu hao nhiên liệu chạy không tải) và chỉ sử dụng mô tơ MG2 để dẫn động; đồng thời, các quá trình phanh giảm tốc liên tục được hệ thống phanh tái sinh thu hồi động năng nạp ngược lại vào pin Ni-MH, giúp xe chỉ tiêu hao khoảng 4,32–4,40 L/100 km so với mức khoảng 9,50 L/100 km của xe thuần xăng.

5. Cảm biến vị trí góc quay trang bị trên các máy điện MG1 và MG2 là loại nào? Cả MG1 và MG2 đều sử dụng cảm biến vị trí góc quay kiểu từ trở (Resolver) để xác định chính xác góc quay và tốc độ của rotor, cung cấp tín hiệu phản hồi giúp bộ biến tần IGBT điều khiển đóng ngắt các xung điện áp 3 pha chính xác theo góc quay động cơ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Cao Khánh Hoàng đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và mô phỏng hệ thống truyền lực Hybrid hỗn hợp trên xe Toyota Camry 2.5 HV 2022. Bằng việc xây dựng thành công mô hình mô phỏng trên nền tảng Matlab/Simulink, tác giả đã làm sáng tỏ cơ chế phân chia dòng công suất phức tạp giữa động cơ xăng A25A-FXS và hai máy điện MG1, MG2 trong các chế độ vận hành thực tế. Kết quả đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu trên các chu trình chuẩn FTP75, HWFET và WLTP Class 3 cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng rõ ràng, khẳng định tính ưu việt của công nghệ Hybrid trong việc tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải độc hại ra môi trường. Công trình là tài liệu học thuật có kết cấu chặt chẽ, số liệu nhất quán và mang giá trị tham khảo thiết thực cho công tác đào tạo và nghiên cứu chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI. Tính cấp thiết của đề tài và lý do chọn đề tài. Tính cấp thiết của đề tài.

Lý do chọn đề tài. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài. Giới hạn đề tài. Phương pháp nghiên cứu.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XE HYBRID. Tổng quan về xe Hybrid. Khái niệm xe Hybrid. Lịch sử hình thành và phát triển của ô tô Hybrid .2 Phân loại xe Hybrid .1 Phân loại theo kiểu hệ thống truyền lực .1 Xe Hybrid nối tiếp .2 Xe Hybrid song song .3 Xe Hybrid hỗn hợp .2 Phân loại theo công suất của mô tơ điện và dung lượng Pin.1 Xe Full Hybrid .2 Xe Mild Hybrid .3 Xe Micro Hybrid .3 Các cấu hình Hybrid khác .1 Xe Plug-in Hybrid .2 Xe Range Extender Hybrid.

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2. Cấu tạo hệ thống truyền lực và bố trí các bộ phận trên xe Toyota Camry 2.2 Động cơ xăng A25A-FXS .3 MG1 và MG2 .1 Cảm biến tốc độ vòng quay (Loại resolver) .3 Mô tơ điện MG2 .2 Cấu tạo và chức năng của Pin cao áp .5 Bộ chuyển đổi điện .3 Bộ chuyển đổi tăng cường .4 Bộ chuyển đổi DC/DC.6 Hộp số E-CVT .2 Bố trí các chi tiết và nguyên lý hoạt động của hộp số P710.1 Bố trí các chi tiết.2 Giảm chấn hộp số .3 Bộ truyền bánh răng hành tinh chia công suất .4 Bánh răng giảm tốc mô tơ .5 Nguyên lý hoạt động của hộp số P710 .7 Hệ thống bôi trơn và làm mát Hybrid .1 Hệ thống bôi trơn .1 Hệ thống bôi trơn bơm dầu .2 Hệ thống bôi trơn kiểu vun té dầu .2 Hệ thống làm mát. Hệ thống phanh tái sinh .1 Tổng quan ECU HV .2 Điều khiển động cơ đốt trong .10 Các chế vận hành của xe. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2.

Sơ đồ tính toán của mô hình .2 Mô hình mô phỏng.3 Xây dựng các khối mô hình hóa cho xe .1 Khối chu trình lái (Drive Cycle Source) .2 Khối điều khiển chuyển động dọc (Longitudinal Driver) .3 Khối môi trường (Environment).4 Khối điều khiển (Controller) .1 Các khối dữ liệu đầu vào .2 Bộ điều khiển động cơ đốt trong .3 Hybrid Control Module (HCM) .5 Khối Passenger Car .2 Khối Electric Plant .3 Mô hình truyền động .6 Khối hiển thị kết quả mô phỏng .4 Nhập các thông số đầu vào. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. Mô phỏng và phân tích các chế độ hoạt động của xe Hybrid .1 Mô phỏng chế độ khởi động động cơ đốt trong và tăng tốc nhanh .2 Mô phỏng chế độ tăng tốc ở tốc độ thấp và duy trì tốc độ không đổi .3 Mô phỏng chế độ chạy ở tốc độ cao và phanh tái sinh.4 Mô phỏng chế độ nạp điện khi dừng (giả sử SOC của Pin là 30%) .2 Mô phỏng sự kết hợp của động cơ đốt trong, MG1, MG2 và đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 ở ba chu trình đô thị, cao tốc và hỗn hợp.1 Chu trình lái FTP75 .2 Chu trình HWFET .3 Chu trình WLTP Class 3 .4 Đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu của xe Toyota Camry 2.5 HV 2022 ở ba chu trình đô thị (FTP75), cao tốc (HWFET) và hỗn hợp (WLTP). KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Hướng phát triển đề tài .165 TÀI LIỆU THAM KHẢO .167 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐCĐT: Động cơ đốt trong. WHO: World Health Organization. HEV: Hybrid Electric Vehicle. MHEV: Mild Hybrid Electric Vehicle.

PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle. FHEV: Full Hybrid Electric Vehicle. REX: Range Extender Hybrid. SOC: Stage of Charge.

DC: Direct Current. PI: Proportional and Integral Controller. E-CVT: Electronic Continuously Variable Transmission. PCM: Powertrain Control Module.

FTP75: Federal Test Procedure. ECU: Electric Control Unit. ECM: Electric Control Module. VVT-i: Variable Valve Timing – Intelligent.

ETCS-i: Electronic Throttle Control System – Intelligent. CAN: Control Area Network. IPM: Intelligent Power Module. IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor.

EPA: Environmental Protection Agency (Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ). HWFET: Highway Fuel Economy Test Cycle. WLTP: Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure. TP: Thành phố viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.

1 Biểu đồ các nguyên nhân gây ô nhiễm và bụi PM 2.5 tại Việt Nam. 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền lực Hybrid nối tiếp. 2 Sơ đồ biểu diễn các dạng hoạt động của xe Hybrid nối tiếp theo công suất. 3 Tổng quan về bố trí động cơ trên BMW i3 2013 [4].

4 Sơ đồ cấu tạo xe Hybrid kiểu song song. 5 Sơ đồ biểu diễn các dạng hoạt động của xe Hybrid song song theo công suất. 6 Các hệ thống bố trí trên BMW i8 Coupe 2024. 7 Sơ đồ cấu tạo chung xe Hybrid kiểu hỗn hợp.

8 Minh họa bố trí động cơ trên xe Toyota Prius Plug-in Hybrid 2019. 1 Bố trí hệ thống truyền lực trên xe Toyota Camry 2. 2 Vị trí các bộ phận trên xe Toyota Camry 2. 3 Sơ đồ kết nối cơ khí giữa ĐCDT và bộ bánh răng hành tinh.

4 Cấu tạo các chi tiết của MG1 và MG2 trong hộp số P710. 5 Cấu tạo mô tơ xoay chiều 3 pha đồng bộ nam châm vĩnh cửu. 6 Hoạt động 1: Dòng xoay chiều 3 pha đi qua cuộn stato tạo ra từ trường. 7 Hoạt động 2: Rô to của mô tơ quay do các cuộn stato hút/ đẩy.

8 Hoạt động 3: Cực của cuộn dây stato và cường độ từ trường sẽ thay đổi liên tục. 9 Hoạt động 4: Cực của cuộn dây stato và cường độ từ trường sẽ thay đổi liên tục. 10 Sơ đồ mô men và tốc độ quay cao và thấp điều khiển bằng dòng điện. 11 Sơ đồ đặc tính momen và công suất đầu ra của mô tơ xoay chiều 3 pha đồng bộ nam châm vĩnh cửu.

12 Vị trí, cấu tạo cảm biến xoay kiểu Resolver. 13 Dạng sóng lý thuyết phát ra từ cảm biến xoay khi rô to quay 180 độ theo chiều dương (+). 14 Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ tác động đến tuổi thọ của Pin Ni-MH. 15 Sơ đồ mối liên hệ giữa tuổi thọ của Pin Ni-MH và số lần sạc-xả.

16 Sơ đồ tổng quan về mối liên kết giữa ắc quy phụ và Pin cao áp. 17 Vị trí Pin cao áp đặt ở dưới hàng ghế sau. 18 Sơ đồ tổng quan các bộ phận của hệ thống Pin cao áp Ni-MH. 19 Pin cao áp Ni-MH: Các Môđun.

20 Sơ đồ mạch điện các mô đun Pin. 21 Sơ đồ bố trí các cảm biến nhiệt độ của Pin. 22 Sơ đồ bố trí các cảm biến nhiệt độ và quạt làm mát Pin. 23 Sơ đồ tín hiệu điều khiển sạc.

24 Hệ thống rơ le chính (SMR). 25 Sơ đồ hệ thống điều khiển SMR. 26 Hoạt động (READY ON 1) của SRM. 27 Hoạt động (READY ON 2) của SRM.

28 Hoạt động (READY OFF) của SRM. 29 Sơ đồ cụm đầu nối Pin. 30 Bộ điều khiển Pin cao áp. 31 Phân vùng giới hạn của giá trị SOC.

32 Vị trí và cấu tạo của chốt sửa chữa an toàn. 33 Vị trí và cấu tạo của hệ thống làm mát Pin cao áp bằng không khí. 34 Sơ đồ tổng quan về hoạt động chuyển đổi điện áp. 35 Bộ chuyển đổi điện.

36 Sơ đồ chung của bộ đổi điện. 37 Cơ sở lý thuyết của mô hình chuyển đổi điện. 38 Cơ sở lý thuyết tạo ra điện áp xoay chiều hình Sin. 39 Sơ đồ mạch điện của biến tần.

40 Sơ đồ bố trí cảm biến dòng điện trong bộ biến tần. 41 Đồ thị đặc điểm của cảm biến dòng của bộ biến tần. 42 Hoạt động 1: IGBT đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn W-V. 43 Hoạt động 2: IGBT tiếp tục đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn W-V, U-V.

44 Hoạt động 3: IGBT đóng/ngắt hình thành dòng điện trong cuộn U-V. 45 Hoạt động 4: IGBT tiếp tục đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn U-V, U-W. 46 Hoạt động 5: IGBT đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn U-W. 47 Hoạt động 1: IGBT đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn W-V.

48 Hoạt động 2: IGBT tiếp tục đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn W-V, U-V. 49 Hoạt động 3: IGBT đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn U-V. 50 Hoạt động 4: IGBT tiếp tục đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn U-W, U-V. 51 Hoạt động 5: IGBT đóng/ ngắt hình thành dòng điện trong cuộn U-W.

52 Vai trò của bộ chuyển đổi tăng cường. 53 Sơ đồ mạch điện của bộ chuyển đổi tăng cường. 54 Hoạt động tăng áp 1. 55 Hoạt động tăng áp 2.

56 Hoạt động giảm áp 1. 57 Hoạt động giảm áp 2. 58 Sơ đồ mục đích của bộ đổi điện DC-DC. 59 Sơ đồ của bộ chuyển đổi DC-DC.

60 Mối liên hệ giữa các tín hiệu của MG ECU. 61 Sơ đồ các chân tín hiệu của cụm bàn đạp ga. 62 Biểu đồ biểu diễn góc đạp bàn đạp ga và điện áp ra. 63 Sơ đồ cấu tạo hộp số P710.

64 Sơ đồ bố trí các chi tiết hộp số P710. 65 Giảm chấn hộp số P710. 66 Bố trí bộ truyền bánh răng hành tinh chia công suất trong hộp số P710. 67 Sơ đồ cấu tạo bánh răng giảm tốc MG2.

68 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh ở trạng thái khởi động động cơ. 69 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh ở trạng thái nạp điện khi dừng. 70 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh ở chế độ khởi hành và đi ở tải thấp. 71 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh ở chế độ khởi hành và đi ở tải thấp khi trạng thái nạp của Pin thấp.

72 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh ở trạng thái chạy đều với tốc độ không đổi. 73 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh ở chế độ chạy đều với tốc độ không đổi khi trạng thái nạp của Pin thấp. 74 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh khi tăng tốc với bướm ga mở hoàn toàn. 75 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh khi giảm tốc.

76 Sơ đồ đường truyền công suất trong bộ bánh răng hành tinh khi lùi xe. 77 Sơ đồ vị trí bố trí bơm dầu. 78 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống bôi trơn. 79 Sơ đồ chung của hệ thống làm mát Hybrid.

80 Sơ đồ vị trí lắp đặt hệ thống làm mát. 81 Vị trí và cấu tạo của mô tơ bơm nước điện. 82 Sơ đồ mạch điều khiển mô tơ bơm nước điện. 83 Sơ đồ bố trí cảm biến nhiệt độ trong bộ chuyển đổi điện .