Mở Đầu 1.1 Lý do thực hiện đề tài. Những nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện, dầu mỏ, than, khí… đều đang đứng trước những cảnh báo cạn kiệt buộc nhân loại phải vào cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế. Không chỉ trên thế giới, tại Việt Nam vấn đề này cũng đã được đặt ra từ lâu và vẫn đang tìm kiếm giải pháp cho vấn đề năng lượng. Hầu hết những xe ô tô trên thế giới hiện nay đều sử dụng động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu truyền thống là xăng và diesel.
Các chuyên gia đã dự báo nguồn dầu mỏ của thế giới sẽ cạn kệt trong vòng 30 – 50 năm nữa. Vì vậy, tìm ra giải pháp đối với nguồn năng lượng cho xe là một vấn đề quan trọng. Ngoài ra vấn đề ô nhiễm môi trường do ô tô truyền thống gây ra đã đến mức báo động, khí thải của động cơ đang gây ra hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên, đe dọa môi trường sinh thái của các sinh vật trên trái đất. Việt Nam cũng không phải là ngoại lệ khi mức độ ô nhiễm ở các thành phố lớn đã vượt mức cho phép và chủ yếu là do khí thải của ô tô gây ra.
Đối với giải pháp năng lượng và khí thải cho ô tô hiện nay thì nguồn năng lượng điện là một giải pháp khả thi, vì nguồn năng lượng điện hiện có rất lớn, dễ sử dụng. Từ đó, việc phát triển xe Hybrid, một dòng xe lai giữa xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống và xe chạy bằng điện, đã được thực hiện từ nhiều năm trước, nhằm giảm phụ thuộc vào dầu mỏ và giảm mức độ ô nhiễm mà ô tô gây ra cho môi trường. Tuy nhiên, việc kiểm tra tính năng động lực học của xe sau cải tạo gặp nhiều khó khăn, thiếu công cụ dự đoán trước các tính năng này. Do vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tính năng động lực học xe hybrid bằng phương pháp mô phỏng” để phân tích, dự đoán khả năng của xe sau cải tạo.2 Mục đích và đối tượng nghiên cứu.
Mục đích của đề tài: Đánh giá tính năng động lực học và ô nhiễm của xe hybrid sau cải tạo và phân tích ưu khuyết điểm của việc cải tạo đó. Đối tượng nghiên cứu chính trong đề tải này là dòng xe Toyota Innova 8 chổ ngồi để cải tạo thành xe hybrid.3 Phạm vi và nội dung nghiên cứu.1 Phạm vi nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu của đề tài này chủ yếu nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc tính động lực học của xe Hybrid. Đánh giá các kết quả mô phỏng thực hiện trên máy tính.2 Nội dung nghiên cứu.
Trong đề tài này, xin giới thiệu sơ lược về xe hybrid, công nghệ xe hybrid, nghiên cứu xe hybrid từ ô tô Toyota Innova 8 chỗ ngồi, mô phỏng hoạt động của xe. Nội dung cụ thể như sau. ¾ Giới thiệu tổng quan về ô tô hybrid và Toyota hybrid Giới thiệu xe hybrid Lịch sử xe hybrid Khái niệm xe hybrid Các hệ thống truyền động xe hybrid Toyota hybrid Tình hình nghiên cứu và sử dụng xe Hybrid ¾ Chương trình mô phỏng Advisor Giới thiệu về chương trình Advisor Khả năng và ứng dụng của chương trình Advisor Ưu nhược điểm của chương trình Advisor 2 ¾ Cơ sở tiến hành mô phỏng xe hybrid từ xe Toyota Innova Cấu trúc tổng quát của Toyota Innova Lựa chọn hệ thống hybrid cho ô tô Innova ¾ Tiến hành mô phỏng Các thông số mô phỏng Tiến hành mô phỏng Kết quả mô phỏng ¾ Kết luận và hướng phát triển của đề tài 3 1.4 Phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài.1 Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là tham khảo các tài liệu sách vở, các công trình, đề tài nghiên cứu về xe Hybrid, kết hợp với phần mềm mô phỏng Advisor để khảo sát các đặc tính và ô nhiễm của xe.2 Ý nghĩa của đề tài.
Xe Hybrid giải quyết tốt vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay, mặc dù chưa loại bỏ được hoàn toàn khí thải nhưng là giải pháp tốt khi giảm được một phần đáng kể ô nhiễm môi trường. Xe Hybrid giải quyết bài toán năng lượng đang ngày càng cạn kiệt, tận dụng được nguồn năng lượng khi phanh chuyển hóa thành điện năng để chạy động cơ. Tận dụng được nguồn xe Toyota Innova rất lớn hiện nay ở Việt Nam, cải tạo thành xe Hybrid. Với phương pháp mô phỏng, có thể dự đoán trước các phương án cho xe hybrid nào là tối ưu nhất về mặt tính năng hoạt động và khí thải mà mà không cần chế tạo thử, tiết kiệm được rất nhiều thời gian và chi phí.
4 Chương 2 Tổng Quan Về Ô tô Hybrid Và Toyota Hybrid 2.1 Giới thiệu xe hybrid 2.1 Lịch sử xe hybrid ¾ Xe hybrid được phát triển từ rất sớm nhưng khi xăng dầu được phát hiện và có giá rẻ thì động cơ đốt trong phát triển nhanh chóng. Năm 1896, chiếc xe hybrid đầu tiên được chế tạo bởi Peiper và được triển lãm ở Paris salon năm 1899. Là xe hybrid kiểu song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì.1: Xe hybrid đầu tiên (1899) ¾ Vào năm 1899, một chiếc xe hybrid khác được giới thiệu tại Paris salon, là xe hybrid kiểu nối tiếp đầu tiên. ¾ Năm 1903, Camille Jenatzy đã giới thiệu một xe hybrid kiểu song song tại Paris salon.
Chiếc xe này kết hợp động cơ xăng 6hp và động cơ điện 14hp. ¾ Từ năm 1899 đến 1914, các xe lai khác cả kiểu song song và nối tiếp lần lượt ra đời. Mặc dù phanh điện được sử dụng trong thiết kế trong thời gian đầu nhưng lại không đề cập đến phanh tái sinh (phanh phục hồi năng lượng). Và năm 1903 chiếc Lohner- Porsche đã được sản xuất.2: Xe hybrid Lohner- Porsche ¾ Những xe lai thế hệ đầu được chế tạo để hỗ trợ thêm cho các động cơ đốt trong hoặc mở rộng tầm hoạt động của xe điện.
Chúng ứng dụng những công nghệ điện có sẵn. mặc dù có nhiều sáng tạo trong các thiết kế, nhưng những chiếc xe lai này không thể cạnh tranh nổi với các động cơ xăng được cải tiến đáng kể sau Chiến tranh Thế Giới I. Động cơ xăng có sự cải tiến vượt bậc về công suất, các động cơ trở nên nhỏ gọn, hiệu quả hơn và không cần sự hỗ trợ thêm của động cơ điện trong thời gian dài. Sự tăng giá do thêm động cơ điện và sự độc hại từ ắc qui chì làm cho xe lai bị lãng quên.3: Xe hybrid Owen Magnetic Model 60 Touring (1921) ¾ Năm 1975, Dr.
Victor Wouk (được biết đến như một nhà nghiên cứu trong trào lưu xe điện) cùng với các đồng nghiệp đã chế tạo một phiên bản xe hybrid kiểu song song của chiếc Buick Skylark. Động cơ được sử dụng là động cơ quay của Mazda kết hợp với số thường. Nó được hỗ trợ bởi động cơ điện DC riêng biệt 15hp được đặt phía trước hộp số. 8 ắc qui 12V được sử dụng để dự trữ năng lượng.
Tốc độ tối đa đạt được là 80mph (129km/h), khả năng tăng tốc từ 0 đến 60 mph trong 16s.4: xe hybrid Victor Wuck (1975) ¾ Trải qua hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và năm 1977, vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm, nhưng chẳng có chiếc xe lai nào xuất hiện trên thị trường. Các nhà nghiên cứu bị thu hút bởi xe điện, vì vậy có nhiều mẫu xe được sản xuất trong thập niên 80. Xe lai thiếu sự quan tâm trong thời kỳ này là do thiếu sự phát triển của điện tử công suất ứng dụng, động cơ điện hiện đại và công nghệ ắc qui. ¾ Vào thập niên 80 xe lai được quan tâm trở lại khi một điều trở nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệm nhiên liệu.
Tập đoàn Ford Motor khởi động chương trình “Thách thức xe lai điện Ford” thu hút những nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho sản xuất ô tô. ¾ Nỗ lực của người Châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, là chiếc xe lai điện cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750cc và 2 động cơ điện. ¾ Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện được tạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật. Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedan Prius ở Nhật.
Honda cũng cho ra dòng xe Insight hybrid và Civic hybrid. Những chiếc xe này hiện đang được lưu thông trên thế giới. Các dòng xe Toyota Prius và Honda Insight có giá trị lịch sử vì chúng là những chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứng vấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe.2 Khái niệm xe hybrid Xe hybrid (HEV: hybrid electric vehicle) thường được gọi là xe lai hay xe lai điện, là một chiếc xe trong đó có hiều hơn một nguồn năng lượng, các bộ lưu trữ, các bộ đổi điện có thể phân phối năng lượng điện. Xe lai hoạt động nhờ sự kết hợp hay hoạt động riêng lẻ giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.
Có các thiết bị kiểm soát và điều khiển hai nguồn động lực để giúp xe hoạt động ở chế độ tốt nhất. Xe hybrid là giải pháp giải quyết cho vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay và khắc phục được phạm vi giới hạn hoạt động của xe điện. Đặc biệt, ắc qui có thể được nạp điện lại với cơ chế nạp nhờ vào quá trình phanh, xe xuống dốc,…gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng nhờ vậy mà xe tiết kiệm được lượng nhiên liệu để sạc ắc qui. Khi xe hoạt động trong thành phố thì xe chạy hoàn toàn nhờ động cơ điện hay khi dừng đèn đỏ, kẹt xe không có động cơ nào hoạt động sẽ không làm tiêu hao nhiên liệu và không gây ô nhiễm.3 Các hệ thống truyền động xe hybrid.
Xe hybrid có 3 kiểu truyền động chính mà các xe hybrid đang sử dụng trên thị trường với các phương thức hoạt động khác nhau. Trong đó có 2 kiểu cơ bản là kiểu nối tiếp, kiểu song song và kiểu thứ 3 là kết hợp cả 2 kiểu cơ bản gọi là hỗn hợp.1 Hệ thống hybrid nối tiếp (Series hybrid system). Hệ thống nối tiếp là loại đơn giản, động cơ điện truyền lực tới tất cả các bánh xe chủ động, một động cơ đốt trong nhỏ gọn chỉ kéo máy phát điện để sinh ra điện năng cung cấp cho động cơ điện, và sạc lại ắc qui khi mức năng lượng thấp hơn mức qui định.
