Hcmute nghiên cứu tính toán mô hình thử nghiệm bánh đà siêu tốc ứng dụng cho hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên ô tô

Hcmute nghiên cứu mô hình thử nghiệm bánh đà siêu tốc cho hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên ô tô, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

• Tác giả: Dương Tuấn Tùng
• Người hướng dẫn: ThS. Dương Tuấn Tùng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Hình Bánh Đà Siêu Tốc Cho Hệ Thống Phanh Tái Tạo Năng Lượng Ô Tô
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. Tính cấp thiết của đề tài
• 3. Mục tiêu đề tài
• 4. Giới hạn đề tài
• 5. Phương pháp nghiên cứu
• 6. Nội dung đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG
• 1.1. Lịch sử hình thành của hệ thống phanh RBS
• 1.2. Các phương án tích trữ năng lượng phanh hiện nay
• 1.2.1. Tích trữ năng lượng kiểu pin điện
• 1.2.2. Tích trữ năng lượng kiểu bánh đà
• 1.2.3. Tích trữ năng lượng kiểu lò xo cuộn
• 1.2.4. Tích trữ năng lượng kiểu thủy lực
• 1.2.5. Tích trữ năng lượng kiểu tụ điện
• 1.2.6. Tích trữ năng lượng kiểu pin điện và tụ điện
• 1.2.7. Tích trữ năng lượng kiểu khí nén
• 1.3. Phương pháp tích trữ năng lượng phanh
• 1.3.1. Hệ thống tái tạo năng lượng động học bằng lò xo cuộn
• 1.3.1.1. Cấu tạo
• 1.3.1.2. Nguyên lý làm việc
• 1.3.2. Hệ thống tích trữ năng lượng thủy lực HHV
• 1.3.2.1. Động cơ hybrid thủy lực HHV
• 1.3.2.2. Cấu tạo của hệ thống hybrid thủy lực
• 1.3.2.3. Hiệu quả của HHV
• 1.3.2.4. Các kiểu bố trí hệ thống trên xe hybrid thủy lực
• 1.3.2.4.1. Kiểu bố trí thứ 1
• 1.3.2.4.2. Kiểu bố trí thứ 2
• 1.3.2.4.3. Kiểu bố trí thứ 3
• 1.3.2.4.4. Kiểu bố trí thứ 4
• 1.3.2.5. Nguyên lý làm việc hệ thống hybrid thủy lực
• 1.3.2.5.1. Tăng tốc nhẹ / Short Cruising
• 1.3.2.5.2. Tăng tốc nặng / Extended Cruising
• 1.3.2.5.3. Phanh tái tạo
• 1.3.2.5.4. Chế độ Cruising

Tóm tắt

I. Mô hình bánh đà siêu tốc và hệ thống phanh tái tạo năng lượng ô tô

Nghiên cứu tập trung vào mô hình bánh đà siêu tốc như một giải pháp tích trữ năng lượng trong hệ thống phanh tái tạo năng lượng ô tô. Phanh tái tạo thu hồi năng lượng động học bị mất trong quá trình phanh, chuyển đổi thành năng lượng khác để tái sử dụng, góp phần giảm tiêu thụ nhiên liệu và tạo ra công nghệ xanh ô tô. Ô tô điện và xe hybrid là những ứng dụng tiềm năng. Hiệu suất năng lượng ô tô được cải thiện nhờ khả năng tái sử dụng năng lượng phanh. Quản lý năng lượng ô tô trở nên hiệu quả hơn. Nghiên cứu mô phỏng và phân tích số được sử dụng rộng rãi để đánh giá hiệu quả của mô hình.

1.1 Tổng quan về hệ thống phanh tái tạo năng lượng

Vấn đề nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt và ô nhiễm môi trường thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng phanh tái tạo năng lượng. Hệ thống phanh tái tạo năng lượng (RBS) thu hồi năng lượng mất trong quá trình phanh, giảm thiểu lãng phí năng lượng. Tái tạo năng lượng ô tô có nhiều dạng tích trữ: ắc quy điện, bánh đà, lò xo cuộn, thủy lực, khí nén, tụ điện. Ô tô điện và xe hybrid hiện đại thường tích hợp RBS. Mục tiêu là nâng cao hiệu suất năng lượng ô tô và giảm phát thải. Nghiên cứu khoa học về RBS hướng đến giải pháp tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Cơ cấu lò xo cuộn, hệ thống tích trữ năng lượng thủy lực HHV là hai ví dụ được nghiên cứu. Vật liệu bánh đà cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Thiết kế bánh đà cần đảm bảo độ bền và hiệu suất cao.

1.2 Mô hình bánh đà siêu tốc Nguyên lý hoạt động và thiết kế

Mô hình bánh đà siêu tốc hoạt động dựa trên nguyên lý bảo toàn năng lượng. Năng lượng động học của xe trong quá trình phanh được chuyển đổi thành năng lượng quay của bánh đà. Bánh đà năng lượng quay với tốc độ cao, tích trữ năng lượng. Khi tăng tốc, năng lượng được giải phóng, hỗ trợ động cơ. Vật liệu bánh đà cần có độ bền cao, chịu được lực ly tâm lớn. Thiết kế bánh đà bao gồm việc lựa chọn vật liệu, hình dạng, kích thước tối ưu. Mô phỏng bánh đà được thực hiện để đánh giá hiệu suất, độ bền. Nghiên cứu mô phỏng giúp tối ưu hóa thiết kế. Quản lý năng lượng trong hệ thống cần được kiểm soát chặt chẽ. Hiệu suất năng lượng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ quay, mômen quán tính, ma sát.

1.3 Phân tích hiệu quả và ứng dụng

Phân tích hiệu quả của mô hình bánh đà siêu tốc được thực hiện thông qua mô phỏng và thử nghiệm. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm hiệu suất năng lượng, độ bền, khả năng tích trữ năng lượng, chi phí. Giải thuật tối ưu hóa được sử dụng để nâng cao hiệu quả. Ứng dụng thực tiễn của mô hình bánh đà siêu tốc trong hệ thống phanh tái tạo năng lượng ô tô hướng đến giảm tiêu thụ nhiên liệu, bảo vệ môi trường. An toàn ô tô cũng là một yếu tố cần xem xét trong thiết kế và ứng dụng. Xu hướng công nghệ ô tô hiện đại đang hướng đến các giải pháp bền vững. Kỹ thuật ô tô liên tục được phát triển để tăng hiệu quả của hệ thống. Điện tử công suất đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và tác động tiêu cực đến môi trường ngày càng nghiêm trọng, việc tìm kiếm các giải pháp tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải trở thành ưu tiên hàng đầu trong ngành công nghiệp ô tô. Theo ước tính, năng lượng bị lãng phí trong quá trình phanh chiếm một phần đáng kể trong tổng năng lượng tiêu thụ của xe ô tô. Hệ thống phanh tái sinh năng lượng (Regenerative Braking System - RBS) được xem là một giải pháp hiệu quả nhằm thu hồi và tái sử dụng năng lượng động năng bị mất khi phanh, góp phần giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.

Luận văn tập trung nghiên cứu, tính toán và thử nghiệm mô hình bánh đà siêu tốc ứng dụng cho hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên ô tô truyền thống. Mục tiêu chính là phân tích các kiểu hệ thống phanh tái sinh phổ biến, thiết kế mạch điều khiển thu thập dữ liệu qua phần mềm LabVIEW, đồng thời thực nghiệm ở dải tốc độ thấp (dưới 60 km/h) để đánh giá hiệu quả thu hồi năng lượng. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2015, với các thử nghiệm trên băng thử và đường thực tế.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ phanh tái sinh phù hợp với các dòng xe sử dụng động cơ đốt trong, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu, giảm phát thải khí nhà kính và thúc đẩy phát triển giao thông bền vững tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết năng lượng động năng và chuyển hóa năng lượng: Năng lượng động năng của xe được tính theo công thức $E = \frac{1}{2} m v^2$, trong đó $m$ là khối lượng xe, $v$ là vận tốc. Hệ thống phanh tái sinh tận dụng năng lượng này để chuyển hóa thành dạng năng lượng khác có thể lưu trữ và sử dụng lại.

• Mô hình hệ thống phanh tái sinh bánh đà siêu tốc (KERS): Bánh đà quay với tốc độ rất cao trong môi trường chân không để giảm lực cản, tích trữ năng lượng dưới dạng động năng quay. Năng lượng này được giải phóng khi xe tăng tốc, giúp giảm tiêu hao nhiên liệu.

• Khái niệm hệ thống hybrid và các kiểu truyền lực: Hệ thống hybrid kết hợp động cơ đốt trong và mô tơ điện hoặc hệ thống thủy lực để tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu, trong đó phanh tái sinh đóng vai trò quan trọng trong việc thu hồi năng lượng.

• Các phương pháp tích trữ năng lượng: Bao gồm tích trữ bằng bánh đà, ắc quy điện, siêu tụ điện, lò xo cuộn và thủy lực, mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng về hiệu suất, dung lượng và độ phức tạp.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực nghiệm từ mô hình bánh đà siêu tốc được thiết kế và chế tạo, cùng với các tín hiệu điện áp, dòng điện, tốc độ quay bánh đà và máy phát.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm LabVIEW để thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu theo thời gian thực. Phân tích công suất phát ra từ máy phát, hiệu suất thu hồi năng lượng và so sánh với các tốc độ phanh khác nhau.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thực nghiệm được tiến hành trên mô hình bánh đà siêu tốc với các tốc độ xe bắt đầu phanh lần lượt là 30 km/h, 40 km/h, 50 km/h và 60 km/h. Mỗi trường hợp được thử nghiệm nhiều lần để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của dữ liệu.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2015, bao gồm giai đoạn thiết kế, chế tạo, lập trình điều khiển, thử nghiệm và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả thu hồi năng lượng tăng theo tốc độ phanh:

   • Ở vận tốc 30 km/h, công suất tối đa thu được từ máy phát là khoảng 89,8 W.
   • Ở vận tốc 40 km/h, công suất tối đa đạt khoảng 101,6 W, tăng 13% so với 30 km/h.
   • Ở vận tốc 50 km/h, công suất tối đa lên tới 119,8 W, tăng 18% so với 40 km/h.
   • Ở vận tốc 60 km/h, công suất tiếp tục tăng, cho thấy khả năng thu hồi năng lượng hiệu quả hơn ở tốc độ cao hơn.

2. Thời gian phanh và thời gian bánh đà quay tự do:

   • Thời gian phanh dao động từ 16 đến 24 giây tùy theo tốc độ ban đầu.
   • Thời gian bánh đà quay tự do kéo dài từ 32 đến 40 giây, cho thấy năng lượng được lưu trữ và giải phóng hiệu quả sau khi phanh.

3. Biểu đồ điện áp và dòng điện thể hiện sự ổn định và tăng giảm theo chu kỳ phanh:

   • Điện áp và dòng điện tăng dần khi bánh đà tích trữ năng lượng, đạt đỉnh tại thời điểm phanh kết thúc, sau đó giảm dần khi bánh đà giải phóng năng lượng.

4. So sánh với các hệ thống phanh tái sinh khác:

   • Hệ thống bánh đà siêu tốc có ưu điểm về hiệu suất thu hồi năng lượng trên 70%, chi phí bảo trì thấp và phù hợp với xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống.
   • So với hệ thống tích trữ bằng ắc quy hoặc siêu tụ điện, bánh đà có độ phức tạp thấp hơn và không bị giới hạn bởi tuổi thọ pin.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả thu hồi năng lượng tăng theo tốc độ phanh là do năng lượng động năng tỷ lệ với bình phương vận tốc, nên khi xe chạy nhanh hơn, năng lượng có thể thu hồi nhiều hơn. Thời gian bánh đà quay tự do dài cho thấy khả năng lưu trữ năng lượng tốt, giúp cung cấp năng lượng hỗ trợ khi xe tăng tốc trở lại.

So với các nghiên cứu trước đây về phanh tái sinh trên xe hybrid và xe điện, kết quả thực nghiệm cho thấy bánh đà siêu tốc là giải pháp khả thi cho xe truyền thống, đặc biệt trong điều kiện đô thị với nhiều lần phanh và tăng tốc liên tục. Biểu đồ điện áp và dòng điện có thể được trình bày qua các đồ thị thời gian thực để minh họa rõ ràng quá trình tích trữ và giải phóng năng lượng.

Kết quả này góp phần khẳng định tính khả thi của mô hình bánh đà siêu tốc trong việc nâng cao hiệu quả nhiên liệu và giảm phát thải, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng rộng rãi cho các dòng xe phổ thông.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển hệ thống điều khiển tự động cho phanh tái sinh:

   • Áp dụng thuật toán điều khiển tự động để tối ưu hóa thời điểm phanh và nhả phanh bánh răng bao, nâng cao hiệu suất thu hồi năng lượng.
   • Mục tiêu: tăng hiệu suất thu hồi năng lượng thêm 10% trong vòng 2 năm.
   • Chủ thể thực hiện: các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ ô tô.

2. Mở rộng thử nghiệm ở dải tốc độ cao hơn và điều kiện thực tế đa dạng:

   • Thực hiện thử nghiệm trên đường phố đô thị và cao tốc với vận tốc trên 60 km/h để đánh giá toàn diện hiệu quả hệ thống.
   • Mục tiêu: hoàn thiện mô hình trong 3 năm.
   • Chủ thể thực hiện: các trường đại học, viện nghiên cứu và nhà sản xuất ô tô.

3. Tích hợp hệ thống bánh đà siêu tốc với các công nghệ hybrid điện:

   • Nghiên cứu kết hợp bánh đà với ắc quy và siêu tụ điện để tận dụng ưu điểm từng công nghệ, giảm chi phí và tăng tuổi thọ hệ thống.
   • Mục tiêu: phát triển nguyên mẫu xe hybrid hiệu quả trong 5 năm.
   • Chủ thể thực hiện: các công ty công nghệ ô tô và viện nghiên cứu.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về công nghệ phanh tái sinh:

   • Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho kỹ sư và kỹ thuật viên trong ngành ô tô về thiết kế, vận hành và bảo trì hệ thống phanh tái sinh.
   • Mục tiêu: nâng cao năng lực kỹ thuật trong 1-2 năm.
   • Chủ thể thực hiện: các trường đại học, trung tâm đào tạo nghề.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành cơ khí động lực:

   • Lợi ích: hiểu rõ về công nghệ phanh tái sinh, mô hình bánh đà siêu tốc và phương pháp thử nghiệm thực tế.
   • Use case: phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn thạc sĩ, tiến sĩ.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm ô tô:

   • Lợi ích: áp dụng kiến thức thiết kế hệ thống phanh tái sinh, cải tiến hiệu suất nhiên liệu cho xe truyền thống.
   • Use case: thiết kế hệ thống phanh tái sinh cho xe thương mại.

3. Doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô:

   • Lợi ích: nâng cao hiệu quả sản phẩm, giảm chi phí vận hành và bảo trì thông qua ứng dụng công nghệ phanh tái sinh.
   • Use case: phát triển dòng xe tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện môi trường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách giao thông, môi trường:

   • Lợi ích: tham khảo cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ xanh trong giao thông.
   • Use case: ban hành tiêu chuẩn, quy định về tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống phanh tái sinh bánh đà siêu tốc hoạt động như thế nào?
   Hệ thống sử dụng bánh đà quay với tốc độ cao để tích trữ năng lượng động năng khi xe phanh. Năng lượng này được giải phóng để hỗ trợ tăng tốc, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm hao mòn phanh.

2. Ưu điểm của bánh đà so với các phương pháp tích trữ năng lượng khác là gì?
   Bánh đà có hiệu suất cao, chi phí bảo trì thấp, không bị giới hạn bởi tuổi thọ pin và có cấu tạo nhỏ gọn, phù hợp với xe truyền thống.

3. Phạm vi vận tốc thử nghiệm của nghiên cứu là bao nhiêu?
   Thực nghiệm được tiến hành ở dải vận tốc từ 30 km/h đến 60 km/h do giới hạn về gia công cơ khí, phù hợp với điều kiện đô thị.

4. Phần mềm LabVIEW được sử dụng để làm gì trong nghiên cứu?
   LabVIEW được dùng để thu thập, xử lý và hiển thị dữ liệu tín hiệu điện áp, dòng điện và tốc độ quay bánh đà theo thời gian thực, giúp phân tích hiệu suất hệ thống.

5. Hệ thống phanh tái sinh có thể áp dụng cho loại xe nào?
   Hệ thống phù hợp với xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống, đặc biệt là xe du lịch và xe tải nhỏ, giúp cải thiện hiệu quả nhiên liệu và giảm phát thải.

Kết luận

• Hệ thống phanh tái sinh bánh đà siêu tốc có khả năng thu hồi trên 70% năng lượng động năng bị mất khi phanh, góp phần tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải.
• Hiệu suất thu hồi năng lượng tăng theo vận tốc phanh, với công suất tối đa đạt gần 120 W ở 50 km/h.
• Mô hình thử nghiệm và hệ thống điều khiển được thiết kế, chế tạo thành công, sử dụng phần mềm LabVIEW để thu thập và phân tích dữ liệu hiệu quả.
• Hệ thống có ưu điểm chi phí bảo trì thấp, cấu tạo nhỏ gọn, phù hợp với xe truyền thống và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai.
• Đề xuất phát triển hệ thống điều khiển tự động, mở rộng thử nghiệm và tích hợp với công nghệ hybrid để nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng.

Next steps: Tiếp tục hoàn thiện hệ thống điều khiển tự động, mở rộng thử nghiệm thực tế và nghiên cứu tích hợp công nghệ hybrid trong vòng 3-5 năm tới. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích hợp tác phát triển công nghệ này để thúc đẩy giao thông xanh và bền vững.

Hãy đầu tư nghiên cứu và ứng dụng hệ thống phanh tái sinh bánh đà siêu tốc để nâng cao hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường trong ngành công nghiệp ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Hiện nay các động cơ đốt trong sử dụng nguồn năng lượng để động cơ làm việc là nhờ phần lớn nguồn nhiên liệu hóa thạch.Tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa thạch này đang dần cạn kiệt và lượng khí thải từ nhiên liệu này gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống. Chính vì thế cần phải có giải pháp đúng đắn là thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch hoặc ít phụ thuộc vào chúng và điều này đã được nghiên cứu và áp dụng rất thành công, đó là sử dụng phương pháp hệ thống phanh tái sinh. Phương pháp này được lựa chọn rất thích đáng là vì sẽ thu hồi hầu như toàn bộ năng lượng mất đi trong quá trình phanh và giảm tốc, trong khi đối với các động cơ không có hệ thống phanh tái sinh sẽ lãng phí toàn bộ nguồn năng lượng nhiệt này.

Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay trên ô tô vẫn còn có những nguồn năng lượng chưa được tận dụng.Trong số đó phải kể tới nguồn nhiệt năng từ khí xả, cơ năng của hệ thống phanh.Việc nghiên cứu phương pháp tận dụng nguồn năng lượng khi phanh là một hướng nghiên cứu mới và phức tạp. Để có những cái nhìn tổng quát hơn làm tiền đề cho những nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Brake System) đề tài “Nghiên cứu, tính toán mô hình thử nghiệm bánh đà siêu tốc ứng dụng cho hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên ô tô” được chọn để thực hiện 1. Mục tiêu đề tài Nghiên cứu các kiểu hệ thống phanh tái sinh phổ biến và hiệu quả hiện nay cũng như cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và ứng dụng của các hệ thống. Thiết kế mạch điện điều khiển, giao tiếp với máy tính thông qua phần mềm LabView để thu thập dữ liệu khi hệ thống phanh hoạt động.

Giới hạn đề tài Mã số: T2015-63 Trang 1 Luan van Thực nghiệm ở dải tốc độ thấp (từ 60km/h trở xuống) do giới hạn về gia công cơ khí. Còn thất thoát năng lượng do sự ma sát giữa các chi tiết cơ khí. Phƣơng pháp nghiên cứu - Tham khảo tài liệu. - Thu thập số liệu - Thực nghiệm 1.

Phƣơng pháp nghiên cứu - Tham khảo tài liệu. - Thu thập số liệu - Thực nghiệm 1. Nội dung đề tài Mã số: T2015-63 Trang 2 Luan van CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƢỢNG 1.1 Lịch sử hình thành của hệ thống phanh RBS. Như chúng ta đã biết vấn đề nhiên liệu và ô nhiễm môi trường đang là thách thức đối với các hãng sản xuất ô tô.Năng lượng truyền thống (năng lựợng hóa thạch) đang ngày càng cạn kiệt, ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng đã và đang là những vấn đề mang tính toàn cầu.

Một trong những giải pháp để giảm thiểu vấn đề nêu trên được các hãng xe đưa ra là chế tạo ra những dòng xe hybrid (lai). Một chiếc xe sử dụng hai nguồn động lượng: một động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine: ICE) và một thiết bị tích trữ năng lượng thì được gọi là hệ thống hybrid [12]. Hiện nay, hệ thống xe hybrid kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện được sử dụng khá phổ biến. Hệ thống này thường được chia làm 3 kiểu truyền lực: kiểu nối tiếp, kiểu song song và kiểu hỗn hợp[12].

Dù là kiểu hệ thống truyền lực nào đi nữa thì hệ thống hybrid đều phải có các bộ phận như động cơ đốt trong, mô tơ điện và máy phát điện (Motor and Generator: MG) và ắc quy cao áp (Hybrid Vehicle Battery: HVB). Một trong những yếu tố giúp dòng xe này tiết kiệm nhiên liệu đó là nó tận dụng được năng lượng tái tạo khi xe giảm tốc thông qua hệ thống phanh tái sinh năng lượng (Regenerative Braking System : RBS). Để hiểu rõ hơn về điều này ta hãy lấy một ví dụ như sau: Một chiếc xe ô tô có khối lượng bản thân 300kg đang di chuyển với vận tốc 72km/h. Ta sử dụng hệ thống phanh thông thường để giảm tốc xe xuống còn 32km/h thì giá trị năng lượng 1 tiêu tốn được tính theo công thức E = 𝑚𝑣2sẽ là 47, 8 KJ.

Trong đó Ek là động 2 năng của xe, m là khối lượng của xe và v là tốc độ của xe. Do đó nếu như năng lượng này được thu gom và tích trữ để sử dụng lại cho việc tăng tốc của xe thay vì làm tiêu tán thành nhiệt năng và tiếng ồn ở cơ cấu phanh. Giả sử ta thu hồi lại được chỉ cần 25% năng lượng đó (tức là 25 % của 47,8 KJ = 11,95KJ). Năng lượng này đủ để gia tốc chiếc xe này lên tốc độ từ 0 đến 32 km/h [7].

Mã số: T2015-63 Trang 3 Luan van Thật ra thì ý tưởng về hệ thống phanh tái sinh năng lượng đã có từ rất lâu và được sử dụng rộng rãi trên tàu điện bằng việc sử dụng các mô tơ điện hoạt động với chức năng như là các máy phát điện trong khi tác động phanh [27,11]. Với việc cải tiến công nghệ chế tạo các chi tiết và kỹ thuật điều khiển đã làm tăng hiệu suất của hệ thống phanh tái sinh trên tàu điện. Một nghiên cứu cho thấy giảm được 37% [12] năng lượng điện tiêu hao khi tàu điện sử dụng phanh tái sinh. Đối với ô tô sử dụng động cơ đốt trong thì khó có thể đạt được đến mức này bằng việc sử dụng phanh tái sinh bởi vì không giống như mô tơ điện, quá trình chuyển đổi năng lượng trong động cơ đốt trong không thể được phục hồi.

Mặt khác khối lượng của ô tô nhỏ hơn tàu điện do đó năng lượng tích trữ khi phanh ít hơn. Thêm vào đó cần phải có các thiết bị biến đổi và tích trữ năng lượng. Theo các nghiên cứu gần đây thì năng lượng được tái tạo, biến đổi và tích trữ dưới các dạng như: ắc quy điện, bộ tích năng thủy lực/khí nén, bánh đà hay là lò xo đàn hồi.[12]  Các phƣơng án tích trữ năng lƣợng phanh hiện nay :  Tích trữ năng lượng kiểu pin điện.  Tích trữ năng lượng kiểu bánh đà.

 Tích trữ năng lượng kiểu lò xo cuộn.  Tích trữ năng lượng kiểu thủy lực.  Tích trữ năng lượng kiểu tụ điện.  Tích trữ năng lượng kiểu pin điện và tụ điện.

 Tích trữ năng lượng kiểu khí nén. Sau đây chúng ta cùng phân tích về các phương pháp tích trữ năng lượng trên.2 Phƣơng pháp tích trữ năng lƣợng phanh.1 Hệ thống tái tạo năng lƣợng động học bằng lò xo cuộn. Hệ thống này có thể phục hồi năng lượng động năng, nguyên tắc làm việc cơ bản của nó giống như hệ thống KERS (hệ thống tích trữ năng động năng) bánh đà ở F1. Nó có thể được lắp đặt ở bên trong trung tâm bánh xe (đùm), nó có kết cấu nhỏ gọn và dễ dàng để hoạt động, tiết kiệm không gian.

Mã số: T2015-63 Trang 4 Luan van Hệ thống này lưu trữ năng lượng trong quá trình phanh và cung cấp năng lượng trong quá trình tăng tốc, điều này giúp giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu và tăng công suất động cơ. Hệ thống bao gồm một lò xo cuộn lưu trữ năng lượng, có một đầu vào để nạp năng lượng lưu trữ và một đầu ra để giải phóng năng lượng lưu trữ, trong đó hệ thống lò xo tạo ra một tín hiệu theo dõi dựa trên một thông số trạng thái đang hoạt động của hệ thống lò xo và do đó hệ thống này giải phóng năng lượng lưu trữ phù hợp với tín hiệu điều khiển đầu ra (cảm biến tăng tốc). Một lò xo cuộn nạp năng lượng lưu trữ và phản ứng tới tín hiệu điều khiển nạp. Một mô-đun điều khiển tạo ra tín hiệu điều khiển nạp và tín hiệu điều khiển đầu ra, dựa trên tín hiệu theo dõi.1: Cơ cấu lò xo cuộn [1] Khi xe giảm tốc, thay vì lãng phí năng lượng tiềm năng, các bánh xe được kết nối với một lò xo xoắn.

Điều này sẽ biến đổi năng lượng động học thành năng lượng tiềm năng của lò xo. Tuy nhiên, lò xo không cung cấp mô men xoắn liên tục. Để thực hiện giảm tốc độ ổn định, cảm biến kiểm soát hộp số thay đổi tỉ số truyền thông qua CVT. Tỷ lệ giảm tốc mong muốn được quyết định bởi người lái.

Các cảm biến gia tốc cảm nhận tỷ lệ giảm tốc độ thực tế và cung cấp cho thông tin phản hồi chính xác. Thông qua giá trị điều khiển phản hồi, do tỷ số truyền được điều chỉnh liên tục và tỷ lệ giảm tốc có thể được duy trì ở mức độ mong Mã số: T2015-63 Trang 5 Luan van muốn. Trong trường hợp khi lò xo chịu tải tối đa của nó, phanh bình thường sẽ được kích hoạt. Khi xe dừng lại, lò xo sẽ được giữ lại.

Khi xe bắt đầu tăng tốc lại, thay vì sử dụng động cơ hoặc mô tơ như các hệ thống khác, trục dẫn động kết nối với lò xo đến các bánh xe, mô men xoắn tăng tốc được cung cấp bởi lò xo. Một lần nữa, thông qua cảm biến kiểm soát thông tin phản hồi, tỷ số truyền hộp số được điều chỉnh liên tục để duy trì tốc độ tăng tốc. Khi lò xo được phóng thích toàn bộ năng lượng, hệ thống sẽ sẵn sàng kích hoạt lại khi phanh. Sau mỗi chu kỳ tích trữ năng lượng, năng lượng đạt đến công suất tối đa của nó và người lái có thể bấm vào một nút nhấn sẽ có được 6,5s tăng tốc tăng thêm 82 mã lực cho công suất danh định của động cơ.

 Cấu tạo Cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, hiệu quả, chi phí thấp. Gồm các bộ phận chính sau : bộ bánh răng hành tinh, lò xo cuộn, ly hợp một chiều, ly-off, ly-on,… Mã số: T2015-63 Trang 6 Luan van Hình 1.2: Cấu tạo của hệ thống lò xo cuộn [1] Bộ bánh răng hành tinh kết nối với trục đầu vào (bán trục). Một lò xo cuộn được đặt ở trung tâm của bánh xe. Một đầu của lò xo cuộn được kết nối với một bánh cóc chạy một chiều và bánh cóc này gắn vào một chốt được kết nối với trung tâm này.

Một phanh ma sát cũng được đặt ở trung tâm. Trống của phanh được kết nối với đầu kia của lò xo cuộn và má phanh được kết nối với trục của bánh xe. Khi phanh được kích hoạt, lò xo bị biến dạng và tác dụng một lực phanh trên các bánh xe. Khi phanh không kích hoạt, các bánh xe được dẫn động về phía trước bởi lò xo khi nó bung ra.