Nghiên cứu hệ thống hybrid trên Toyota Corolla Cross 2020

Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu hệ thống hybrid trên xe Toyota Corolla Cross 2020 tại ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Bùi Trương Huy
• Người hướng dẫn: KS. Nguyễn Tấn Lộc
• 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 hệ thống hybrid trên Toyota Corolla Cross 2020
• 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 hybrid trên Toyota Corolla Cross 2020

Toyota Corolla Cross 2020 phiên bản 1.8HV đánh dấu bước chuyển mình quan trọng của dòng xe hybrid tại Việt Nam. Xe sử dụng hệ truyền động xăng lai điện thông minh THS II. Công nghệ này kết hợp mượt mà giữa động cơ đốt trong truyền thống và động cơ điện hiệu suất cao. Mục tiêu cốt lõi của thiết kế là cắt giảm tiêu hao nhiên liệu. Mức phát thải khí độc hại ra môi trường cũng giảm rõ rệt. Cụm động lực gồm động cơ xăng chu trình Atkinson cùng hai máy điện tích hợp. Hệ thống vận hành tự động theo từng điều kiện di chuyển thực tế. Năng lượng tái sinh được thu hồi triệt để trong quá trình giảm tốc và đạp phanh. Nhờ đó, phương tiện đạt độ êm ái vượt trội trong đô thị đông đúc. Đồ án tốt nghiệp tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã khảo sát toàn diện mô hình này. Công trình cung cấp nguồn dữ liệu kỹ thuật giá trị cho ngành công nghệ ô tô hiện đại.

1.1. Lịch sử phát triển và phân loại xe hybrid

Khái niệm ô tô hybrid xuất hiện từ cuối thế kỷ mười chín. Mẫu xe hybrid đầu tiên ra đời năm 1899 do công ty Pieper chế tạo. Phương tiện sử dụng động cơ xăng nhỏ kết hợp mô tơ điện và ắc quy chì. Mục đích ban đầu nhằm hỗ trợ công suất cho động cơ đốt trong yếu ớt. Trải qua hơn một thế kỷ, công nghệ xe lai điện đã phân hóa thành nhiều nhóm rõ rệt. Ba cấu hình cơ bản gồm hybrid nối tiếp, hybrid song song và hybrid hỗn hợp. Dòng xe Corolla Cross 2020 thuộc nhóm hybrid hỗn hợp hoàn chỉnh. Hệ thống này cho phép động cơ xăng và mô tơ điện cùng dẫn động bánh xe. Xe tự sạc điện mà không cần nguồn sạc ngoài.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu đồ án trên Toyota Cross

Mục tiêu trọng tâm của đồ án là làm chủ kiến thức công nghệ ô tô tiên tiến. Đề tài khảo sát sâu kiến trúc truyền lực trên Toyota Corolla Cross 2020. Nhóm tác giả tập trung mổ xẻ nguyên lý phối hợp mô-men xoắn. Các chế độ khởi động, tăng tốc và phanh tái sinh được phân tích cụ thể. Nghiên cứu cũng đánh giá các thông số vận hành của cụm máy phát và pin điện. Qua đó, sinh viên nắm vững quy trình kiểm tra lỗi kỹ thuật trên xe thực tế. Tài liệu đóng vai trò cẩm nang tham khảo hữu ích cho đào tạo chuyên ngành ô tô. Kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng thay thế dần xe động cơ đốt trong truyền thống.

II. Phân tích hệ thống hybrid trên Toyota Corolla Cross 2020

Hệ thống hybrid trên Toyota Corolla Cross 2020 sở hữu cấu trúc cơ điện tử phức tạp. Sự liên kết cơ học diễn ra thông qua bộ chia công suất bánh răng hành tinh. Cơ cấu này phân chia mô-men xoắn từ động cơ xăng đến bánh xe và máy phát MG1. Trong khi đó, mô tơ điện MG2 truyền trực tiếp lực kéo đến trục chủ động. Cả MG1 và MG2 đều là loại máy điện xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Thiết kế này đem lại mật độ công suất cao và hiệu suất sinh nhiệt thấp. Vấn đề kỹ thuật nan giải nằm ở việc điều khiển dòng năng lượng liên tục. Bộ điều khiển trung tâm phải tính toán trạng thái tải trọng theo từng mili-giây. Nếu thuật toán không chuẩn xác, hiện tượng giật cục sẽ xảy ra khi ngắt hoặc mở động cơ đốt trong. Thêm vào đó, nhiệt độ làm việc của bộ biến tần và khối pin cao áp đòi hỏi hệ thống giải nhiệt vận hành liên tục. Sự suy giảm dung lượng pin theo thời gian cũng là bài toán cần phân tích.

2.1. Đặc tính mô tơ điện MG1 và MG2 trên xe

Hai mô tơ điện đóng vai trò sống còn trong hệ thống hybrid. Máy điện MG1 hoạt động chủ yếu như một máy phát điện xoay chiều. Thiết bị này nạp điện cho cụm ắc quy cao áp và khởi động động cơ xăng. Ngược lại, máy điện MG2 đảm nhận chức năng dẫn động chính cho xe. MG2 cung cấp mô-men xoắn lớn ngay từ dải vận tốc ban đầu. Cả hai máy điện đều sử dụng nam châm vĩnh cửu xếp đặt tối ưu. Cấu trúc này làm giảm triệt để kích thước và trọng lượng cụm truyền động. Ngoài ra, MG2 còn thực hiện phanh tái sinh năng lượng khi giảm tốc. Dòng điện xoay chiều sinh ra từ MG2 sẽ được gửi ngược về bộ biến tần để tích lũy.

2.2. Hạn chế về nhiệt độ và tuổi thọ pin cao áp

Khối pin niken-metal hydride trên xe phải chịu chu kỳ nạp xả với tần suất cực lớn. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, pin sinh nhiệt nhanh chóng. Nhiệt độ tăng cao làm tăng nội trở của từng cell pin độc lập. Hậu quả trực tiếp là suy giảm hiệu suất tích trữ điện năng. Đồng thời, bộ biến tần Inverter hoạt động ở điện áp 600V cũng giải phóng lượng nhiệt khổng lồ. Nếu lưu lượng gió làm mát bị tắc nghẽn bởi bụi bẩn, tuổi thọ pin sẽ sụt giảm rõ rệt. Đồ án chỉ rõ hiện tượng chai pin sớm bắt nguồn từ cơ chế làm mát kém hiệu quả. Đây là bài toán khó cần lời giải đáp thỏa đáng trong bảo dưỡng ô tô.

III. Giải pháp tối ưu hệ thống hybrid trên Toyota Corolla Cross

Đồ án đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm nâng cao hiệu năng hệ thống hybrid. Điểm cốt lõi nằm ở bộ chuyển đổi điện biến tần Inverter with Converter. Thiết bị tích hợp bộ khuếch đại điện áp thông minh. Bộ phận này nâng điện áp một chiều từ pin lên đến 600V xoay chiều. Nhờ vậy, dòng điện cấp cho mô tơ điện được tối ưu hóa biên độ. Hiệu suất sinh công của xe tăng vọt mà không gây tổn hao điện năng. Đồng thời, mạch biến đổi DC-DC độc lập duy trì dòng nạp ổn định cho ắc quy phụ 12V. Phương pháp kiểm soát nhiệt cũng được nhóm tác giả chú trọng giải quyết. Nghiên cứu đề xuất quy trình bảo trì định kỳ cho quạt tản nhiệt pin cao áp. Việc làm sạch màng lọc gió ngăn ngừa hiện tượng tích tụ nhiệt cục bộ. Hệ thống điều hòa biến tần cũng được thiết lập chu trình làm lạnh tối ưu. Kết quả giúp bảo vệ tuổi thọ linh kiện và duy trì mức tiêu hao nhiên liệu lý tưởng.

3.1. Ứng dụng bộ chuyển đổi biến tần thông minh

Bộ biến tần đóng vai trò trái tim phân phối dòng điện. Bộ phận này chuyển đổi dòng một chiều từ pin thành dòng xoay chiều ba pha. Dòng điện mới kích hoạt mô tơ điện sinh công cơ học tức thì. Khi xe hãm phanh, bộ biến tần lập tức đảo chiều biến đổi điện áp. Nguồn điện xoay chiều từ máy phát được nắn thành điện một chiều để sạc pin. Thiết bị còn cung cấp điện áp xoay chiều cho máy nén điều hòa chạy độc lập. Ngay cả khi động cơ xăng tắt máy, khoang cabin vẫn mát mẻ. Cơ chế điều tiết linh hoạt này nâng cao rõ rệt trải nghiệm lái và tiết kiệm năng lượng.

3.2. Phương pháp chẩn đoán và bảo dưỡng pin Ni MH

Quy trình chẩn đoán hệ thống hybrid đòi hỏi thiết bị quét chuyên dụng. Đồ án xây dựng bảng mã lỗi OBD-II chi tiết cho từng khối điều khiển. Kỹ thuật viên dễ dàng đọc dữ liệu điện áp từng ngăn pin theo thời gian thực. Độ chênh lệch điện áp giữa các cell không được vượt quá ngưỡng cho phép. Biện pháp bảo dưỡng chủ động bao gồm việc vệ sinh quạt thông gió khoang pin. Màng lọc sạch giúp lưu thông không khí ổn định dưới hàng ghế sau. Ngoài ra, việc kiểm tra chất làm mát của biến tần ngăn ngừa quá nhiệt biến áp. Các bước chẩn đoán bài bản giúp duy trì độ bền của hệ thống pin cao áp dài lâu.

IV. Kết luận nghiên cứu hệ thống hybrid trên Toyota Corolla Cross

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra ban đầu. Nhóm nghiên cứu làm sáng tỏ toàn bộ sơ đồ cấu trúc của Toyota Corolla Cross 2020. Dữ liệu phân tích chứng minh tính ưu việt của dòng xe lai điện tự sạc. Mức phát thải khí carbon giảm đáng kể so với xe dùng động cơ xăng truyền thống. Khả năng tiết kiệm nhiên liệu trong đô thị đạt mức ấn tượng. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn rất cao. Tài liệu hỗ trợ đắc lực cho công tác giảng dạy lý thuyết và thực hành xưởng ô tô. Các xưởng dịch vụ kỹ thuật có thể ứng dụng tài liệu này để đào tạo kỹ thuật viên. Quy trình tháo lắp, kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống hybrid được chuẩn hóa rõ ràng. Nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho việc tiếp cận các dòng xe thuần điện trong tương lai. Sự phát triển này thúc đẩy xu hướng giao thông xanh bền vững tại Việt Nam.

4.1. Đóng góp học thuật cho ngành công nghệ ô tô

Đề tài bổ sung nguồn tư liệu chuyên sâu về xe lai điện hiện đại. Nhóm sinh viên đã hệ thống hóa toàn bộ mạch điện điều khiển và sơ đồ nguyên lý. Đây là cơ sở thực chứng để sinh viên cơ khí động lực đối chiếu lý thuyết. Đồ án giải thích chi tiết hoạt động của bộ chia công suất và biến tần. Các giảng viên có thể dùng nội dung này làm giáo trình bài giảng thực nghiệm. Nghiên cứu thúc đẩy sinh viên rèn luyện tư duy phân tích hệ thống phức tạp. Giá trị học thuật của đề tài mở đường cho các đề tài mở rộng sau này.

4.2. Khả năng ứng dụng thực tế trong dịch vụ ô tô

Không chỉ dừng ở nghiên cứu học thuật, đồ án mang tính ứng dụng thực tế cao. Quy trình an toàn điện cao áp giúp thợ sửa chữa phòng tránh tai nạn nguy hiểm. Tài liệu hướng dẫn chi tiết cách ngắt cầu dao tổng trước khi thao tác khoang máy. Việc chẩn đoán lỗi bằng thiết bị quét cầm tay giúp rút ngắn thời gian sửa xe. Kỹ thuật viên xác định nhanh sự cố trên bộ biến tần hoặc rơ-le nguồn chính. Nhờ vậy, chi phí bảo trì xe hybrid được tối ưu đáng kể cho khách hàng. Các trung tâm dịch vụ ô tô có thể vận dụng trực tiếp quy trình kiểm tra này. Đây là bước chuẩn bị vững chắc cho đội ngũ kỹ thuật trước làn sóng xe điện hóa.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô truyền thống sử dụng động cơ đốt trong (ICE) đối mặt với hai thách thức lớn: sự suy giảm trữ lượng nhiên liệu hóa thạch và tình trạng ô nhiễm không khí toàn cầu. Theo dữ liệu từ Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) được trích dẫn trong đồ án, mỗi năm có khoảng 7 triệu người tử vong do tiếp xúc với các hạt mịn trong không khí, và 91% dân số thế giới đang sống tại các khu vực có chất lượng không khí vượt ngưỡng an toàn. Trong đó, lĩnh vực giao thông vận tải đóng góp khoảng 18,4% tổng lượng khí thải hằng năm vào bầu khí quyển.

Mặc dù xe thuần điện (EV) được xem là giải pháp dài hạn, công nghệ ắc quy hiện nay vẫn tồn tại rào cản về mật độ năng lượng thấp hơn nhiên liệu xăng, thời gian sạc kéo dài (từ 2 đến 8 giờ đối với sạc thường, khoảng 1 giờ đối với sạc nhanh DC đạt 80%) và hạ tầng trạm sạc chưa đồng bộ. Trong bối cảnh đó, ô tô lai (Hybrid Electric Vehicles - HEV) đóng vai trò là giải pháp chuyển tiếp, kết hợp ưu điểm của động cơ đốt trong và mô-tơ điện để tối ưu hóa suất tiêu hao nhiên liệu và giảm thiểu khí xả độc hại mà không phụ thuộc vào hạ tầng trạm sạc ngoài. Tại Việt Nam, hãng Toyota giới thiệu mẫu xe Toyota Corolla Cross vào năm 2020 với phiên bản trang bị hệ thống hybrid thế hệ mới, đánh dấu sự tiếp cận rộng rãi hơn của công nghệ này đối với người tiêu dùng trong nước.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được giao theo văn bản bao gồm:

1. Nghiên cứu động cơ lắp trên Toyota Cross.
2. Nghiên cứu hệ thống Hybrid trên Toyota Cross.
3. Kết luận – Đề nghị.

• Đối tượng nghiên cứu: Xe Toyota Corolla Cross 2020 phiên bản 1.8HV (HEV), có so sánh đối chứng với phiên bản động cơ xăng thuần túy 1.8V (ICE).
• Phạm vi nghiên cứu: Cấu tạo và đặc tính động cơ 2ZR-FXE, cấu trúc hệ thống truyền lực hybrid THS-II (Toyota Hybrid System II), hộp số P610, mô-tơ/máy phát MG1 và MG2, bộ chuyển đổi biến tần (Inverter with Converter), bộ ắc quy cao áp NiMH, các chế độ điều khiển vận hành và quy trình an toàn khi tháo lắp ắc quy cao áp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động hybrid hỗn hợp (song song/nối tiếp), kết hợp động cơ nhiệt và hệ thống động cơ điện thông qua cơ cấu phân chia công suất. Các khái niệm và mô hình kỹ thuật trọng tâm bao gồm:

• Phân loại cấu hình ô tô hybrid: Mô hình hybrid nối tiếp (động cơ đốt trong chỉ kéo máy phát, mô-tơ điện dẫn động bánh xe), hybrid song song (cả hai nguồn động lực cùng truyền mô-men ra trục bánh xe), và hybrid hỗn hợp kết hợp tính năng của cả hai loại trên.
• Hệ thống truyền động THS-II: Cơ chế chia công suất thông qua bộ bánh răng hành tinh, nguyên lý điều khiển tỷ số truyền vô cấp điện tử (e-CVT), và nguyên tắc thu hồi động năng qua hệ thống phanh tái sinh (regenerative braking).
• Hệ thống điện áp cao: Nguyên lý khuếch đại điện áp của bộ biến đổi Boost Converter từ nguồn ắc quy một chiều lên điện áp cao xoay chiều 3 pha phục vụ vận hành mô-tơ công suất lớn.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện bao gồm:

• Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu chuyên ngành: Khai thác tài liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất Toyota, giáo trình chuyên môn của Khoa Cơ khí Động lực và các nguồn tài liệu học thuật về công nghệ xe hybrid.
• Phương pháp phân tích dữ liệu thực nghiệm thứ cấp: Tiếp nhận và đối chiếu số liệu đo đạc thực nghiệm từ dự án nghiên cứu giữa Công ty Ô tô Toyota Việt Nam (TMV) và Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) về mức tiêu hao nhiên liệu và nồng độ phát thải của xe Toyota Corolla Cross 2020 trong phòng thí nghiệm và trên đường thực tế.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương này trình bày lý do lựa chọn đề tài, xác định tính cấp thiết của việc nghiên cứu công nghệ xe hybrid trước sức ép cạn kiệt tài nguyên năng lượng hóa thạch và ô nhiễm môi trường. Tác giả xác định rõ 3 nhiệm vụ trọng tâm của đồ án, đồng thời giới thiệu phương pháp tiếp cận tài liệu và xác định đối tượng nghiên cứu là dòng xe Toyota Corolla Cross 1.8HV.

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID

Chương 2 khái quát lịch sử hình thành và phát triển của ô tô hybrid từ giai đoạn sơ khai (1899–1914) với các mẫu xe như Pieper Stanhope (Bỉ), Vedovelli & Priestly (Pháp), giai đoạn nghiên cứu phục hồi (1960–1990) của Victor Wouk, đến giai đoạn thương mại hóa từ năm 1990 với dấu mốc Toyota Prius ra đời năm 1997.

Chương này phân loại chi tiết các cấu hình hybrid theo thời điểm phối hợp công suất (dùng mô-tơ điện ở tốc độ thấp, phối hợp công suất ở dải tải cao) và theo phương thức liên kết động lực (nối tiếp, song song, hỗn hợp). Đồng thời, tác giả phân tích các ưu điểm và hạn chế của xe hybrid, bao gồm mức chênh lệch giá thành ban đầu (Corolla Cross 1.8HV khoảng 936 triệu đồng, cao hơn khoảng 100 triệu đồng so với bản 1.8V có giá 846 triệu đồng) và các yêu cầu kỹ thuật trong việc bảo dưỡng cụm ắc quy cao áp cùng bộ biến tần.

Để minh chứng cho hiệu quả của hệ thống, tác giả tổng hợp số liệu thực nghiệm giữa bản 1.8V và 1.8HV qua các điều kiện vận hành:

Điều kiện thử nghiệm	Mức tiêu thụ 1.8V (ICE)	Mức tiêu thụ 1.8HV (HEV)	Tỷ lệ tiết kiệm (%)
Giao thông giờ cao điểm	10,2 L/100km	5,6 L/100km	45,5%
Điều kiện bình thường	11,2 L/100km	4,7 L/100km	57,4%
Đường cao tốc	5,7 L/100km	4,6 L/100km	18,5%
Phòng thí nghiệm (20 km/h)	6,96 L/100km	3,70 L/100km	46,8%
Phòng thí nghiệm (30 km/h)	4,37 L/100km	2,70 L/100km	38,2%
Phòng thí nghiệm (40 km/h)	3,71 L/100km	2,60 L/100km	29,9%
Phòng thí nghiệm (50 km/h)	3,34 L/100km	2,70 L/100km	19,2%
Phòng thí nghiệm (60 km/h)	3,25 L/100km	2,30 L/100km	29,2%

Về phát thải, khí CO2 giảm tỷ lệ thuận với mức giảm tiêu hao nhiên liệu (giờ cao điểm giảm 40,8%, đường bình thường giảm 57,4%, cao tốc giảm 18,5%). Lượng phát thải khí CO trên cả hai phiên bản đều xấp xỉ bằng 0; nồng độ NOx và HC ở phiên bản hybrid luôn duy trì ở mức rất thấp, đặc biệt khi xe di chuyển ở dải tốc độ cao.

Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ TOYOTA COROLLA CROSS

Chương 3 tóm lược các thông số kỹ thuật chung về kích thước, hệ thống khung gầm và hệ thống truyền động của mẫu xe Toyota Corolla Cross 2020. Tác giả khái quát cấu trúc hệ thống THS-II và các công nghệ an toàn chủ động trong gói Toyota Safety Sense (TSS) trang bị trên xe như hệ thống cảnh báo tiền va chạm (PCS), hệ thống cảnh báo chệch làn đường (LDA), hỗ trợ giữ làn đường (LTA), đèn pha tự động (AHB), và hệ thống điều khiển hành trình chủ động (DRCC).

Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ LẮP TRÊN TOYOTA COROLLA CROSS 2020

Tác giả đi sâu vào kết cấu và đặc tính kỹ thuật của động cơ xăng 2ZR-FXE (dung tích 1.8L, 4 xi-lanh thẳng hàng) hoạt động theo chu trình Atkinson, được thiết kế chuyên biệt cho hệ thống hybrid. Chương này so sánh sự khác biệt cơ bản giữa động cơ 2ZR-FXE và động cơ xăng truyền thống 2ZR-FE (chu trình Otto), phân tích các cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm thiểu ma sát cơ khí, ứng dụng hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh VVT-i và hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) để đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải nghiêm ngặt.

Chương 5: CẤU TRÚC HYBRID TRÊN TOYOTA COROLLA CROSS

Chương 5 phân tích chi tiết các thành phần phần cứng cốt lõi trong hệ thống THS-II:

• Cụm hộp số ngang P610: Đóng vai trò là hệ thống truyền lực biến thiên vô cấp điện tử e-CVT.
• Bộ chia công suất hành tinh: Gồm bánh răng mặt trời liên kết với MG1, giá đỡ hành tinh liên kết với trục khuỷu động cơ đốt trong, và bánh răng bao liên kết với MG2 truyền lực trực tiếp ra trục dẫn động bánh xe.
• Tổ hợp mô-tơ/máy phát MG1 và MG2: Đều là động cơ điện đồng bộ xoay chiều 3 pha (AC), nam châm vĩnh cửu không chổi than, tích hợp cảm biến vị trí góc quay Resolver. MG1 đảm nhận việc khởi động động cơ nhiệt, phát điện sạc lại ắc quy cao áp và cấp điện trực tiếp cho MG2. MG2 đảm nhận việc dẫn động chính khi chạy điện và thu hồi năng lượng trong quá trình phanh tái sinh.
• Bộ chuyển đổi biến tần (Inverter with Converter): Tích hợp mạch Boost Converter nâng điện áp từ nguồn ắc quy lên tối đa 600V AC 3 pha để cấp cho MG1 và MG2, tích hợp bộ chuyển đổi DC-DC hạ áp xuống 12V sạc cho ắc quy phụ, và biến tần riêng cho máy nén điều hòa không khí.
• Ắc quy cao áp (HV Battery): Sử dụng công nghệ Niken - Kim loại Hydrua (NiMH) thế hệ thứ 4, bố trí hệ thống cảm biến nhiệt độ và các rơ-le chính của hệ thống (SMR).
• Hệ thống phụ trợ: Giảm chấn hộp số (Damper), hệ thống bơm dầu bôi trơn vung té, cơ cấu khóa phanh đỗ và cơ cấu vi sai.

Chương 6: CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HYBRID - COROLLA CROSS

Chương này mô tả logic điều khiển điện tử của ECU Hybrid (HV ECU) trong việc phân phối dòng năng lượng qua các trạng thái vận hành:

• Kiểm soát trạng thái sạc (SOC): Duy trì dung lượng ắc quy trong dải an toàn, tự động kích hoạt MG1 sạc bổ sung khi mức SOC xuống thấp ngay cả khi xe đang đứng yên.
• Quản lý rơ-le chính SMR: Điều khiển trình tự đóng/ngắt các rơ-le SMR1, SMR2, SMR3 để bảo vệ mạch biến tần khỏi dòng điện xung đột biến lúc khởi động hệ thống (READY-ON).
• Điều khiển chế độ lái: Quản lý các chế độ lái thuần điện (EV Mode), thể thao (SPORT Mode), tiết kiệm (ECO Mode) và hệ thống kiểm soát khởi động (Drive Start Control) nhằm ngăn chặn hiện tượng tăng tốc đột ngột khi chuyển số sai thao tác.
• Bảo vệ va chạm: Tự động gửi tín hiệu ngắt toàn bộ mạch điện cao áp từ ắc quy khi cảm biến phát hiện va chạm.

Chương 7: BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA COROLLA CROSS HYBRID

Tác giả xây dựng quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt trong thao tác dịch vụ đối với hệ thống điện cao áp. Nội dung tập trung vào:

• Các bước kiểm tra an toàn trước khi can thiệp: Xác nhận đèn báo READY đã tắt hoàn toàn, ngắt khóa điện, tháo giắc khóa an toàn (Service Plug) của ắc quy cao áp, đặt biển cảnh báo cho khu vực sửa chữa, chờ thời gian xả tụ điện và dùng đồng hồ chuyên dụng kiểm tra điện áp bằng 0V tại các cực trước khi chạm tay.
• Quy trình tháo rời cụm ắc quy cao áp NiMH đặt dưới hàng ghế sau: Tháo bộ ghế ngồi, nẹp bảo vệ cửa, tháo cụm quạt làm mát ắc quy, các giắc cắm cáp nguồn và bu-lông bắt chân đế cụm ắc quy.

Chương 8: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Tổng kết các nội dung đã hoàn thành của đề tài và đưa ra các đề xuất về việc tiếp tục khai thác các công nghệ mới của dòng xe lai trong công tác đào tạo thực hành kỹ thuật ô tô.

Kết quả và đóng góp

Đồ án ghi nhận các kết quả kỹ thuật và đóng góp học thuật cụ thể:

• Làm rõ cấu trúc và nguyên lý cơ điện tử của hệ thống THS-II: Hệ thống hóa toàn bộ cấu tạo chi tiết của cụm hộp số P610, phân tích rõ ràng cơ chế chia công suất thông qua bộ bánh răng hành tinh và mối quan hệ động học giữa động cơ xăng 2ZR-FXE, MG1 và MG2.
• Tổng hợp dữ liệu định lượng về tính kinh tế nhiên liệu và khí xả: Khẳng định bằng số liệu thực nghiệm rằng phiên bản 1.8HV tiết kiệm nhiên liệu vượt trội trong điều kiện đô thị (tiết kiệm 45,5% ở giờ cao điểm và 57,4% ở điều kiện đường hỗn hợp thông thường), đồng thời cắt giảm phát thải CO2 tương ứng so với phiên bản động cơ xăng thuần 1.8V.
• Hệ thống hóa quy trình an toàn kỹ thuật điện cao áp: Cung cấp hướng dẫn quy trình từng bước khi ngắt nguồn, kiểm tra điện áp dư và tháo lắp cụm ắc quy NiMH dưới hàng ghế sau, phục vụ trực tiếp cho công tác an toàn lao động trong bảo dưỡng xe hybrid.
• Đóng góp về mặt tư liệu: Tạo lập nguồn tài liệu thuyết minh kỹ thuật chi tiết bằng tiếng Việt về dòng xe Toyota Corolla Cross Hybrid 2020, phục vụ việc học tập và tra cứu cho sinh viên chuyên ngành ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Nội dung đề tài chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu tài liệu lý thuyết của nhà sản xuất kết hợp phân tích số liệu thực nghiệm thứ cấp do đơn vị khác thực hiện. Đồ án chưa tiến hành các thực nghiệm đo đạc độc lập trực tiếp trên sa bàn hoặc mô hình xe thật tại phòng thí nghiệm của trường; chưa can thiệp sâu vào việc giải mã dữ liệu mạng truyền thông CAN-bus hay trích xuất mã lỗi chẩn đoán (DTC) thực tế từ các cảm biến.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Căn cứ trên phạm vi nghiên cứu, tác giả đề xuất mở rộng hướng đi mới cho các đề tài tiếp theo:
  • Nghiên cứu chẩn đoán chuyên sâu các hư hỏng thường gặp trên hệ thống THS-II bằng thiết bị chẩn đoán chuyên dụng.
  • Xây dựng mô hình toán học và mô phỏng thuật toán quản lý năng lượng (EMS) trên phần mềm chuyên ngành.
  • Nghiên cứu so sánh công nghệ ắc quy NiMH với công nghệ pin Lithium-ion trên các dòng xe thế hệ mới hơn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu học tập toàn diện về nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động kết hợp cơ - điện, đặc biệt là cơ cấu e-CVT và bộ bánh răng hành tinh chia công suất.
• Giảng viên và kỹ thuật viên xưởng thực hành ô tô: Sử dụng làm tài liệu biên soạn bài giảng thực hành môn học Xe Hybrid & Xe điện, đặc biệt là quy trình an toàn ngắt mạch và quy tắc tháo lắp cụm ắc quy cao áp tại Chương 7.
• Người nghiên cứu về tối ưu hóa năng lượng giao thông: Cung cấp số liệu đối chứng xác thực về hiệu quả cắt giảm nhiên liệu và phát thải giữa động cơ chu trình Atkinson kết hợp mô-tơ điện so với động cơ xăng truyền thống.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ chia công suất bánh răng hành tinh trên Toyota Corolla Cross liên kết cơ khí với các thành phần nào?
Bánh răng mặt trời (Sun gear) được liên kết với mô-tơ/máy phát MG1; giá đỡ bánh răng hành tinh (Planetary carrier) được nối trực tiếp với trục ra của động cơ đốt trong; bánh răng bao (Ring gear) được liên kết với mô-tơ MG2 và đóng vai trò là trục đầu ra truyền mô-men xoắn tới cơ cấu vi sai và trục bánh xe.

2. Nhiệm vụ kỹ thuật chính của hai mô-tơ/máy phát MG1 và MG2 là gì?
MG1 đóng vai trò máy phát điện chính nạp lại năng lượng cho ắc quy cao áp, cấp điện trực tiếp cho MG2, khởi động động cơ đốt trong và điều chỉnh tỷ số truyền của bộ bánh răng hành tinh như một hộp số vô cấp e-CVT. MG2 đảm nhận chức năng dẫn động chính cho bánh xe khi chạy điện hoặc hỗ trợ tăng tốc, đồng thời đóng vai trò máy phát điện để thu hồi động năng trong quá trình phanh tái sinh.

3. Mức tiết kiệm nhiên liệu của Corolla Cross 1.8HV thể hiện rõ rệt nhất trong điều kiện vận hành nào?
Dựa trên số liệu nghiên cứu của TMV và HUST, phiên bản hybrid đạt hiệu quả cao nhất trong điều kiện giao thông đô thị và đường hỗn hợp bình thường (tiết kiệm 57,4%, tiêu thụ 4,7 L/100km so với 11,2 L/100km của bản xăng). Ở điều kiện đường cao tốc, mức tiết kiệm giảm xuống còn 18,5% do động cơ xăng phải hoạt động gần như liên tục ở dải vận tốc cao ổn định.

4. Bộ chuyển đổi biến tần (Inverter with Converter) xử lý mức điện áp tối đa là bao nhiêu?
Bộ chuyển đổi tích hợp mạch Boost Converter có chức năng khuếch đại điện áp một chiều (DC) từ ắc quy cao áp lên mức tối đa 600 Volt dòng xoay chiều (AC) 3 pha để cấp nguồn điều khiển MG1 và MG2 quay công suất cao.

5. Xe sử dụng loại ắc quy cao áp nào và tuổi thọ thiết kế được công bố ra sao?
Xe trang bị cụm ắc quy Niken - Kim loại Hydrua (NiMH) thế hệ thứ 4 có tính năng tự sạc từ động cơ nhiệt và phanh tái sinh mà không cần cắm điện ngoài. Theo thông tin công bố từ Toyota được trích dẫn trong văn bản, tuổi thọ của ắc quy tương đương với tuổi thọ hoạt động của xe, ước tính khoảng 15 đến 20 năm nếu được bảo dưỡng đúng quy trình kỹ thuật.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu hệ thống Hybrid trên Toyota Corolla Cross 2020" của sinh viên Bùi Trương Huy và Võ Thành Đạt đã hoàn thành đầy đủ các nhiệm vụ nghiên cứu được giao về việc làm rõ cấu trúc động cơ 2ZR-FXE và hệ thống truyền động THS-II. Thông qua việc phân tích lý thuyết kết hợp số liệu thực nghiệm đối chứng, công trình đã chứng minh cơ chế tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải của dòng xe lai trong điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam. Đồng thời, tài liệu cung cấp quy trình thao tác an toàn kỹ thuật điện cao áp, mang lại giá trị tham khảo học thuật và ứng dụng thực tiễn cho ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Từ xưa con người phải luôn gặp nhiều khó khăn trong việc đi lại hay vận chuyển hàng hóa đến những địa điểm xa cùng với nhu cầu đời sống ngày càng cao, buộc con người phải thúc đẩy bản thân phát triển cùng với đó là những phát minh nghiên cứu đầy sáng tạo từ thô sơ cho dần dần cải tiến cho đến hoàn thiện và nó được đặt tên gọi là ô tô. Hiện nay, ngành công nghiệp sản xuất ô tô càng ngày càng phát triển và nó được đánh giá là một trong những ngành công nghiệp chủ chốt cực kì quan trọng để làm cho nền kinh tế của cả một đất nước đi lên. Với sự phát triển này, con người đã luôn và không ngừng nghĩ nghiên cứu sáng tạo ra những chiếc xe động cơ đốt trong hiện đại mang trong mình khối động cơ kết xù với mã lực rất cao nhằm đáp ứng những nhu cầu về đời sống con người.

Tuy nhiên, hiện nay chúng ta phải đối mặt với một vấn đề cực kì nghiêm trọng đó là việc dần cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên chính vì điều này đã bắt buộc các nhà nghiên cứu phải nổ lực tìm ra được phương pháp để giải quyết vấn đề dần cạn kiệt nguồn nguyên liệu. Không ngoài kì vọng bằng những nổ lực không ngừng nghĩ trong suốt nhiều năm qua của các nhà nghiên cứu đã cho ra nguồn nguyên liệu thay thế đó là dùng nguồn điện , cái mà có thể được tạo ra bởi nhiều yếu tố từ tài nguyên môi trường khác như: gió, nước, ánh sáng mặt trời. Chính vì điều này mà nhiều cuộc cách mạng về công nghệ xe điện đã nổ ra, xe điện và xe hybrid là những loại xe được ưu tiên cho công cuộc thay đổi này. Cho nên hầu như các hãng xe hiện nay đều cho ra những chiến lược tốt nhất để sản xuất ra hàng loạt các loại xe vừa sử dụng nguồn nhiên liệu sạch này vừa bảo vệ được môi trường.

Khi nói về thị trường Việt Nam ngày nay, chúng ta thấy rằng các hãng xe đã cho ra những dòng sản phẩm về xe điện và xe hybrid đa dạng. Tuy nhiên nổi bật nhất không ai khác đó là hãng Toyota đến từ đất nước Nhật Bản. Từ những năm 1997, hãng xe Toyota này đã sản xuất và cho ra mắt mẫu xe hybrid đầu tiên mang tên là Prius, tiếp bước vào những năm tiếp theo cùng những nghiên cứu mới nhằm cải thiện hơn trong những năm tiếp theo là mẫu xe RAV4, Highlander, Camry, Corolla,… Và vào năm 2020 tại Việt Nam hãng xe này đã cho ra mắt dòng xe Toyota Corolla Cross với đa dạng cải tiến về mặt công nghệ. Vì những cải tiến tốt nhất của Toyota Corolla Cross Hybrid mang trong mình nhiều công nghệ mới và đa dạng.

Nhóm chúng em đã quyết định chọn dòng sản phẩm này để có 1 thể nghiên cứu tìm hiểu sâu sắc hơn về hệ thống Hybrid cũng như được tiếp cận gần hơn về những công nghệ mới của dòng xe mà Toyota mang đến cho người tiêu dùng. Mục tiêu nghiên cứu Những nội dung nghiên cứu bao gồm: − Nghiên cứu tổng quan về ô tô Hybrid − Giới thiệu chung về Toyota Corolla Cross 1. − Nghiên cứu động cơ được lắp đặt trên Toyota Corolla Cross 1. − Nghiên cứu hệ thống Hybrid được lắp đặt trên Toyota Corolla Cross 1.

− Kết luận - Đề nghị. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu từ các tài liệu thư viện trường , tài liệu từ giảng viên hướng dẫn. Tìm hiểu trên Internet đọc những tài liệu liên quan đến hãng xe Toyota Corolla Cross 1.8HV, tài liệu về thông số xe, động cơ, hệ thống Hybrid. Tìm hiểu thêm về hướng đi mới cho dòng xe Hybrid.