Luận văn thạc sĩ hcmute nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe hybrid

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe hybrid, góp phần nâng cao hiệu suất năng lượng.

• Tác giả: Ngô Phi Long
• Người hướng dẫn: TS. Lâm Mai Long
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Truyền Và Tổn Hao Năng Lượng Trong Hệ Thống Truyền Lực Xe Hybrid
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài
• 1.3. Khái quát về xe Hybrid
• 1.4. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài nước ngoài
• 1.5. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài trong nước
• 1.6. Mục đích của đề tài
• 1.7. Nhận định và đề xuất hướng nghiên cứu
• 1.8. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
• 1.9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.10. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG
• 2.1. Khái niệm về sự tổn hao trong hệ thống truyền lực
• 2.2. Sơ đồ biến đổi năng lượng
• 2.3. Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động
• 2.4. Thông số động học (TSĐH) của hệ thống truyền lực
• 2.5. Sự tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực
• 2.5.1. Sự tổn hao năng lượng trên ô tô Hybrid
• 2.5.2. Ô tô vận hành ở tốc độ thấp
• 2.5.3. Ô tô chuyển động ở tốc độ cao
• 2.5.4. Tính toán tổn hao năng lượng các cụm chi tiết trong hệ thống truyền lực xe Hybrid
• 2.5.4.1. Máy phát điện MG1
• 2.5.4.2. Ắc quy điện áp cao HV
• 2.5.4.3. Động cơ điện MG2
• 3. CHƯƠNG 3: SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE HYBRID
• 3.1. Tổng quát hệ thống truyền lực trên ô tô
• 3.2. Tổng quát hệ thống truyền lực xe Hybrid
• 3.3. Các kí hiệu qui ước
• 3.4. Động cơ đốt trong
• 3.5. Các trạng thái chuyển động của xe
• 3.5.1. Khởi động động cơ
• 3.5.2. Dẫn động bằng động cơ điện MG2
• 3.5.3. Tăng tốc nhẹ bằng động cơ xăng
• 3.5.4. Xe chạy ở tải nhỏ
• 3.5.5. Xe chuyển động ở trạng thái tăng tốc mạnh
• 3.5.6. Xe chạy lùi
• 3.5.7. Các trạng thái tái tạo năng lượng
• 3.5.8. Xe giảm tốc
• 3.5.9. Phanh bằng động cơ
• 4. CHƯƠNG 4: SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG VÀ TỔN HAO TRÊN XE HYBRID
• 4.1. Năng lượng từ động cơ truyền qua bộ truyền bánh răng hành tinh
• 4.2. Quan hệ moment
• 4.3. Quan hệ vận tốc góc
• 4.4. Tổ hao năng lượng trong quá trình chuyển động của ô tô
• 4.4.1. Xe vận hành và tăng tốc nhẹ
• 4.4.2. Moment kéo tại cầu chủ động và đường đặc tính
• 4.4.3. Hiệu suất truyền động và tổn hao năng lượng
• 4.4.4. Vận tốc xe trên 40 km/h
• 4.4.5. Công suất kéo kết hợp hai loại động cơ và đường đặc tính
• 4.4.6. Hiệu suất hệ thống truyền động và tổn hao năng lượng
• 4.5. CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ BẢN
• 4.5.1. Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị
• 4.5.2. Phương trình cân bằng lực kéo
• 4.5.3. Đồ thị cân bằng lực kéo
• 4.5.4. Các thông số động lực học
• 4.5.5. Xác định vận tốc cực đại của xe Vmax
• 4.5.6. Xác định gia tốc cực đại của ô tô jmax
• 4.5.7. Xác định khả năng leo dốc cực đại của ô tô αmax
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về xe hybrid

Xe hybrid là một loại phương tiện giao thông kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện. Mục tiêu chính của xe hybrid là tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực của xe hybrid là một vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu. Hệ thống này cho phép xe hoạt động hiệu quả hơn bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo từ động cơ điện trong các tình huống cần thiết. Theo nghiên cứu, xe hybrid có thể hoạt động ở hai chế độ: chế độ nối tiếp và chế độ song song, tùy thuộc vào tốc độ và yêu cầu vận hành. Điều này giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất động cơ.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu về tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe hybrid là cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Với sự gia tăng ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, việc phát triển công nghệ hybrid trở nên cấp bách. Các giải pháp kỹ thuật như xe điện và xe chạy bằng pin nhiên liệu đã được đề xuất, nhưng xe hybrid vẫn là lựa chọn khả thi nhất hiện nay. Việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng của xe hybrid không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường.

II. Phân tích tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của xe hybrid bao gồm nhiều thành phần như động cơ xăng, động cơ điện, máy phát điện và ắc quy. Mỗi thành phần này đều có những tổn hao năng lượng riêng. Khi xe hoạt động ở tốc độ thấp, động cơ xăng sẽ dẫn động máy phát điện để nạp điện cho ắc quy. Quá trình này dẫn đến tổn hao năng lượng do chuyển đổi từ cơ năng sang điện năng và sau đó lại chuyển đổi từ điện năng sang hóa năng. Ở tốc độ cao, xe hybrid hoạt động ở chế độ kết hợp, trong đó cả động cơ xăng và động cơ điện cùng tham gia truyền lực. Tổn hao năng lượng trong trường hợp này cũng diễn ra qua nhiều bước chuyển đổi, từ động cơ xăng đến máy phát điện và cuối cùng đến động cơ điện.

2.1. Tổn hao năng lượng ở tốc độ thấp

Khi xe hybrid hoạt động ở tốc độ thấp, động cơ xăng chủ yếu dẫn động máy phát điện để nạp điện cho ắc quy. Quá trình này dẫn đến tổn hao năng lượng do chuyển đổi từ cơ năng sang điện năng. Theo nghiên cứu, tổn hao này có thể lên đến 30% tổng năng lượng tiêu thụ. Điều này cho thấy việc tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng là rất quan trọng để nâng cao hiệu suất năng lượng của xe hybrid. Việc sử dụng năng lượng tái tạo từ động cơ điện trong các tình huống cần thiết có thể giúp giảm thiểu tổn hao này.

2.2. Tổn hao năng lượng ở tốc độ cao

Ở tốc độ cao, xe hybrid hoạt động ở chế độ kết hợp, trong đó cả động cơ xăng và động cơ điện cùng tham gia truyền lực. Tổn hao năng lượng trong trường hợp này diễn ra qua nhiều bước chuyển đổi. Một phần năng lượng từ động cơ xăng được truyền trực tiếp đến cầu chủ động, trong khi phần còn lại được chuyển đổi qua máy phát điện để cung cấp điện cho động cơ điện. Tổn hao năng lượng trong quá trình này có thể lên đến 25%. Việc tối ưu hóa các thành phần trong hệ thống truyền lực là cần thiết để giảm thiểu tổn hao và nâng cao hiệu suất năng lượng.

III. Ứng dụng và giá trị thực tiễn

Nghiên cứu về tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe hybrid không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn. Việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng giúp giảm thiểu chi phí vận hành cho người sử dụng. Hơn nữa, việc giảm thiểu khí thải từ xe hybrid góp phần bảo vệ môi trường. Các nhà sản xuất ô tô có thể áp dụng các kết quả nghiên cứu này để cải tiến thiết kế và công nghệ sản xuất xe hybrid, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường. Công nghệ hybrid đang trở thành xu hướng phát triển trong ngành công nghiệp ô tô, và việc nghiên cứu tổn hao năng lượng là một phần quan trọng trong quá trình này.

3.1. Tác động đến môi trường

Việc giảm thiểu tổn hao năng lượng trong xe hybrid không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường. Các nghiên cứu cho thấy xe hybrid có thể giảm lượng khí thải CO2 lên đến 30% so với xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Điều này có ý nghĩa lớn trong bối cảnh hiện nay khi mà ô nhiễm không khí đang trở thành vấn đề nghiêm trọng tại nhiều thành phố lớn. Việc phát triển công nghệ hybrid sẽ góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng và nguồn nhiên liệu truyền thống dần cạn kiệt, việc phát triển các phương tiện giao thông tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường trở thành ưu tiên hàng đầu. Xe ô tô Hybrid, với sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, đã chứng minh hiệu quả vượt trội trong việc giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải. Theo báo cáo của ngành, xe Toyota Prius II tại Mỹ tiêu thụ trung bình chỉ khoảng 4.9 lít xăng cho 100 km trong thành phố và 4.6 lít trên đường trường, thấp hơn đáng kể so với các dòng xe truyền thống.

Luận văn tập trung nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực của xe Hybrid, đặc biệt là hệ thống truyền lực hỗn hợp vừa nối tiếp vừa song song, nhằm mục tiêu phân tích cơ chế phối hợp công suất giữa động cơ xăng và động cơ điện, đánh giá các tổn hao năng lượng trong quá trình truyền động và đề xuất giải pháp tối ưu hóa hiệu suất. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2015, với phạm vi tập trung vào hệ thống truyền lực của xe Hybrid thế hệ thứ hai.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện rõ qua việc nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam. Các chỉ số hiệu suất và tổn hao năng lượng được phân tích chi tiết giúp cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và cải tiến hệ thống truyền lực xe Hybrid trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết truyền động cơ khí và lý thuyết biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực Hybrid. Mô hình nghiên cứu tập trung vào hệ thống truyền lực hỗn hợp nối tiếp-song song, trong đó:

• Khái niệm hệ thống truyền lực Hybrid: Kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện, sử dụng bộ truyền bánh răng hành tinh để phân phối công suất.
• Thông số động học (TSĐH): Định nghĩa quãng đường góc lý thuyết của các phần tử trong hệ thống truyền lực, giúp phân tích tỷ số truyền và hiệu suất.
• Sự tổn hao năng lượng: Phân loại tổn hao thành tổn hao cơ khí, tổn hao điện, tổn hao trong ắc quy và tổn hao trong các thiết bị điều khiển, được biểu thị qua các hệ số hiệu suất và moment tổn hao.

Ngoài ra, các khái niệm về moment xoắn, công suất truyền động, hiệu suất máy phát điện MG1, động cơ điện MG2 và ắc quy điện áp cao HV cũng được áp dụng để phân tích chi tiết quá trình truyền và tổn hao năng lượng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp với mô hình hóa hệ thống truyền lực xe Hybrid. Nguồn dữ liệu chính bao gồm các thông số kỹ thuật của động cơ xăng, động cơ điện, máy phát điện và ắc quy được thu thập từ các tài liệu kỹ thuật và thực nghiệm trên xe Toyota Prius II.

Cỡ mẫu nghiên cứu là hệ thống truyền lực của xe Hybrid thế hệ thứ hai, được lựa chọn do tính phổ biến và hiệu quả đã được chứng minh trên thị trường quốc tế. Phương pháp chọn mẫu tập trung vào phân tích các trạng thái vận hành của xe ở tốc độ thấp (dưới 40 km/h) và tốc độ cao (trên 40 km/h) để đánh giá sự phối hợp công suất và tổn hao năng lượng tương ứng.

Phân tích dữ liệu được thực hiện thông qua các phương trình cân bằng lực kéo, mô hình tổn hao moment và hiệu suất truyền động, kết hợp với biểu đồ đặc tuyến moment và công suất. Timeline nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2015, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, mô hình hóa, tính toán và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phối hợp công suất động cơ xăng và động cơ điện: Ở tốc độ thấp (dưới 40 km/h), xe sử dụng phương án truyền động nối tiếp, trong đó động cơ xăng chỉ dẫn động máy phát điện MG1 để nạp điện cho ắc quy, sau đó ắc quy cung cấp điện cho động cơ điện MG2 truyền lực kéo đến cầu chủ động. Tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển đổi này bao gồm tổn hao chuyển đổi cơ năng sang điện năng, tổn hao nạp và phóng điện trên ắc quy, và tổn hao truyền động cơ khí, chiếm khoảng 15-20% tổng năng lượng đầu vào.

2. Chế độ kết hợp lực kéo ở tốc độ cao: Khi vận tốc xe vượt quá 40 km/h, động cơ xăng và động cơ điện phối hợp truyền lực song song đến cầu chủ động. Một phần công suất động cơ xăng truyền trực tiếp qua bộ truyền bánh răng hành tinh, phần còn lại truyền qua máy phát điện MG1 để nạp điện cho ắc quy và cung cấp cho động cơ điện MG2. Tổn hao năng lượng trong chế độ này giảm xuống còn khoảng 10-12% do giảm số lần chuyển đổi năng lượng.

3. Hiệu suất hệ thống truyền động cơ khí: Hiệu suất truyền động cơ khí trong hệ thống đạt khoảng 95-97% cho bộ truyền xích và 96-98% cho bộ truyền bánh răng trụ, góp phần giảm tổn hao tổng thể của hệ thống.

4. Tổn hao trong các thiết bị điện và ắc quy: Máy phát điện MG1 và động cơ điện MG2 có hiệu suất lần lượt khoảng 85-90% và 88-92%, trong khi ắc quy NiMH có tổn hao điện trở nội bộ và hiệu suất nạp xả ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các tổn hao năng lượng là do quá trình chuyển đổi năng lượng giữa cơ năng và điện năng, cũng như tổn hao cơ khí trong bộ truyền bánh răng hành tinh và truyền động xích. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả cho thấy hệ thống truyền lực Hybrid thế hệ thứ hai đã cải thiện hiệu suất truyền động và giảm tổn hao năng lượng đáng kể nhờ thiết kế tối ưu bộ truyền bánh răng hành tinh và sử dụng ắc quy NiMH có hiệu suất cao.

Biểu đồ đặc tuyến moment và công suất được sử dụng để minh họa sự phối hợp công suất giữa hai động cơ, cho thấy rõ ràng sự thay đổi trong các chế độ vận hành và ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể. Bảng phân tích tổn hao năng lượng từng cụm chi tiết giúp xác định các điểm cần cải tiến trong thiết kế hệ thống truyền lực.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu mà còn góp phần giảm phát thải khí nhà kính, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững và các quy định về môi trường hiện nay.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa bộ truyền bánh răng hành tinh: Cải tiến thiết kế và vật liệu để giảm tổn hao cơ khí, nhằm nâng cao hiệu suất truyền động cơ khí lên trên 98%. Chủ thể thực hiện là các nhà sản xuất hộp số, với timeline 1-2 năm để nghiên cứu và ứng dụng.

2. Nâng cao hiệu suất ắc quy và hệ thống quản lý pin: Áp dụng công nghệ ắc quy mới có điện trở nội bộ thấp hơn và hệ thống quản lý pin thông minh để giảm tổn hao nạp xả, hướng tới giảm tổn hao điện năng xuống dưới 5%. Các viện nghiên cứu và nhà sản xuất pin nên phối hợp triển khai trong vòng 3 năm.

3. Phát triển thuật toán điều khiển phối hợp động cơ: Tối ưu hóa chiến lược điều khiển để sử dụng hiệu quả công suất của động cơ xăng và động cơ điện, giảm thiểu tổn hao năng lượng trong các trạng thái vận hành khác nhau. Đơn vị phát triển phần mềm điều khiển xe Hybrid cần thực hiện trong 1 năm.

4. Tăng cường đào tạo và nghiên cứu ứng dụng tại Việt Nam: Khuyến khích các trường đại học và viện nghiên cứu tập trung phát triển công nghệ Hybrid phù hợp với điều kiện Việt Nam, nhằm thúc đẩy sản xuất và sử dụng xe Hybrid trong nước. Chính sách hỗ trợ và đầu tư cần được thực hiện trong 5 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư cơ khí động lực: Được cung cấp kiến thức chuyên sâu về hệ thống truyền lực Hybrid, giúp phát triển và cải tiến công nghệ truyền động tiết kiệm năng lượng.

2. Các nhà sản xuất ô tô và linh kiện: Hỗ trợ trong việc thiết kế, tối ưu hóa hệ thống truyền lực và lựa chọn vật liệu, công nghệ phù hợp để nâng cao hiệu suất sản phẩm.

3. Sinh viên và giảng viên ngành kỹ thuật cơ khí, ô tô: Là tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển đề tài liên quan đến công nghệ xe Hybrid.

4. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách thúc đẩy phát triển phương tiện giao thông xanh, giảm thiểu ô nhiễm và tiêu hao nhiên liệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Xe Hybrid hoạt động như thế nào ở tốc độ thấp?
   Ở tốc độ dưới 40 km/h, xe sử dụng phương án truyền động nối tiếp, động cơ xăng chỉ dẫn động máy phát điện để nạp điện cho ắc quy, sau đó ắc quy cung cấp điện cho động cơ điện truyền lực kéo. Cách này giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm tổn hao cơ khí.

2. Tổn hao năng lượng chính trong hệ thống truyền lực Hybrid là gì?
   Tổn hao chủ yếu xảy ra trong quá trình chuyển đổi năng lượng giữa cơ năng và điện năng, tổn hao trong ắc quy và tổn hao cơ khí ở bộ truyền bánh răng hành tinh và truyền động xích.

3. Hiệu suất của máy phát điện MG1 và động cơ điện MG2 ra sao?
   Máy phát điện MG1 có hiệu suất khoảng 85-90%, trong khi động cơ điện MG2 đạt hiệu suất cao hơn, khoảng 88-92%, tùy thuộc vào điều kiện vận hành và tải.

4. Làm thế nào để giảm tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực Hybrid?
   Có thể giảm tổn hao bằng cách tối ưu thiết kế bộ truyền bánh răng, nâng cao hiệu suất ắc quy, cải tiến thuật toán điều khiển phối hợp động cơ và sử dụng vật liệu, công nghệ mới.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các loại xe Hybrid khác không?
   Mô hình và kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các hệ thống truyền lực Hybrid tương tự, đặc biệt là các xe sử dụng bộ truyền bánh răng hành tinh và cấu hình truyền động hỗn hợp nối tiếp-song song.

Kết luận

• Nghiên cứu đã phân tích chi tiết cơ chế truyền và tổn hao năng lượng trong hệ thống truyền lực xe Hybrid thế hệ thứ hai, tập trung vào các trạng thái vận hành ở tốc độ thấp và cao.
• Kết quả cho thấy tổn hao năng lượng chủ yếu do quá trình chuyển đổi năng lượng và truyền động cơ khí, với hiệu suất tổng thể hệ thống đạt khoảng 80-90%.
• Đề xuất các giải pháp tối ưu hóa bộ truyền bánh răng, nâng cao hiệu suất ắc quy và cải tiến thuật toán điều khiển nhằm giảm tổn hao và nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu.
• Nghiên cứu góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ xe Hybrid tại Việt Nam, hướng tới mục tiêu giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng.
• Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế, phát triển mô hình điều khiển thông minh và ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất xe Hybrid. Độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích tiếp tục khai thác và phát triển đề tài này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ PHI LONG NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN VÀ TỔN HAO NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE HYBRID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 S K C0 0 4 6 5 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ PHI LONG NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN VÀ TỔN HAO NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE HYBRID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS. LÂM MAI LONG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid LÝ LỊCH KHOA HỌC Dán hình 3x4 & đóng mộc giáp lại hình I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Ngô Phi Long Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06/11/1978 Nơi sinh:Tiền Giang Quê quán: 230, xã Tân Thành,Gò Công Đông, Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Giáo viên – Khoa Cơ Khí Động Lực – Trƣờng Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng TPHCM Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 58/5/3, đƣờng số 5, P. Thủ Đức, TP HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0919446877 Fax: E-mail: ngophilong@caothang. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2.

Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2007 đến 10/ 2002 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học SPKT Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÓA KHỞI ĐỘNG Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 05/2002, tại trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngƣời hƣớng dẫn: TS.

Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2013 đến 10/ 2015 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học SPKT Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Tên luận văn: NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN VÀ TỔN HAO NĂNG LƢỢNG TRÊN Ô TÔ HYBRID GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang i HVTH : Ngô Phi Long Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 24/10/2015, Trƣờng Đại học SPKT Tp. Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: TS.

Lâm Mai Long 4. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Tại (trƣờng, viện, nƣớc): Tên luận án: Ngƣời hƣớng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ: 5. Trình độ ngoại ngữ : Trình độ anh văn B 6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2002-nay Trƣờng CĐKT Cao Thắng Giáo viên IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN Ngày 17 tháng 10 năm 2015 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang ii HVTH : Ngô Phi Long Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 08 năm 2015 Ký tên GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang iii HVTH : Ngô Phi Long Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid CẢM TẠ Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nổ lực cố gắng của bản thân còn có sự hƣớng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng nhƣ sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Tiến Sĩ Lâm Mai Long, ngƣời thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin gởi lời tri ân sâu sắc nhất của tôi đối với những điều mà Thầy đã dành cho tôi.

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trong Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng nhƣ tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những ngƣời đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận đƣợc những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn.

Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2015 Học viên thực hiện GVHD: TS. Lâm Mai Long Trang iv HVTH : Ngô Phi Long Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng trong hệ thống truyền lực xe Hybrid Thời gian nghiên cứu: từ 23/02/2015 đến 23/08/2015 Địa điểm nghiên cứu: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Trên ô tô Hybrid, sử dụng phƣơng án dẫn động hỗn hợp vừa nối tiếp vừa song song. Tùy theo tốc độ mà xe sử dụng phƣơng án nối tiếp hoặc kết hợp lực kéo.

Tốc độ thấp, cụ thể tốc độ xe nhỏ hơn 40 km/h. Xe sử dụng phƣơng án nối tiếp. Động cơ xăng dẫn động máy phát điện nạp điện cho accu, tiếp theo accu cung cấp điện cho động cơ điện để truyền lực kéo đến cầu chủ động. Ở trạng thái đƣờng đặc tuyến là moment xoắn của động cơ điện.

Ở đây, ta có sự tổn hao năng lƣợng nhƣ sau: Toàn bộ cơ năng của động cơ xăng chuyển thành điện năng nhờ máy phát điện, từ điện năng chuyển thành hóa năng, từ hóa năng của accu lại chuyển thành điện năng để cung cấp cho động cơ điện. Cuối cùng còn tổn hao truyền động cơ khí đến cầu chủ động. Tốc độ cao, cụ thể tốc độ xe lớn hơn 40 km/h. Xe chạy ở chế độ kết hợp lực kéo của động cơ điện và động cơ xăng.

Động cơ xăng truyền động dến cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh. Tại đây, một phần cơ năng tuyền động trực tiếp đến vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền động cơ khí đến cầu chủ động. Phần năng lƣợng còn lại dẫn động bánh răng mặt trời, truyền động cho máy phát để cung cấp điện cho accu và động cơ điện. Động cơ điện truyền động cho vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền động cơ khí đến cầu chủ động.

Ở đây, ta có sự tổn hao năng lƣợng theo hai hƣớng: - Tổn hao một phần cơ năng từ động cơ xăng từ cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh truyền động qua máy phát điện để chuyển thành điện năng, từ điện năng chuyển thành hóa năng, từ hóa năng của accu lại chuyển thành điện năng để cung cấp cho động cơ điện, moment từ động cơ điện dẫn động vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh. Lâm Mai Long Trang v HVTH : Ngô Phi Long Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid - Phần cơ năng còn lại của động cơ xăng từ cần dẫn bộ truyền bánh răng hành tinh, truyền động trực tiếp đến vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh. - Công suất kết hợp của động cơ xăng và động cơ điện tại vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh, qua truyền lực cơ khí đến cầu chủ động. Từ vành răng bộ truyền bánh răng hành tinh đến cầu chủ động, ta còn có tổn hao truyền động cơ khí.

Hệ thống này có nhiều ƣu điểm so với các phiên bản chế tạo trƣớc đây. Sử dụng đặc tuyến moment của động cơ điện ở tốc độ thấp để đáp ứng các chế độ moment xoắn cực đại. Công suất của 2 loại động cơ đƣợc phối hợp tại cầu chủ động, ở tốc độ cao để đáp ứng các chế độ công suất tối đa. Lâm Mai Long Trang vi HVTH : Ngô Phi Long Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid ABSTRACT Thesis: Research on transmission and loss of energy on Hybrid’s powertrain Research time: FromFebruary 23th, 2015toAugust 23th, 2015 Research location: HCMC University of Technology and Education.

The second generation Hybrid uses two ways of transmitting power, series and parallel. Depending on vehicle speed, it will use the compatible way. At low speed, in particular below 40 km/h, the vehicle will use the series way of transmitting. The Gasoline engine drives the generatorand charges the battery, and then the battery will provide electricity to the motor to drive wheels.

In this case, there are energy losses as follows: Total energy of Gasoline engine is converted to electricity by generator, that electricity transforms into battery’s chemical energy, and then chemical energy transforms into electricity to provide for motor. Finally, the last loss is on powertrain. At high speed, in particular above 40 km/h, the vehicle combines torque of both motor and Gasoline engine. Gasoline engine transmits energy to planetary carrier.

Here, a part of energy is directly transmitted to ring gear and then to drive axle through mechanical transmission. The remaining energy drives sun gear, then drivesgenerator to supply electricity for the battery and motor. The motor drives ring gear and then drive axle due to mechanical transmission. In this case, there are two ways of losing energy: - A part of Gasoline engine’s energy is lost because of a complex transmitting process from mechanical energy into electricity and then from electricity back into mechanical energy to create torque to drive ring gear.

- The remaining of Gasoline engine’s energy is transmitted to ring gear from planetary carrier. Lâm Mai Long Trang vii HVTH : Ngô Phi Long Luan van Nghiên cứu sự truyền và tổn hao năng lƣợng ô tô Hybrid - Total energy of ring gear supplied by Gasoline engine and motor is transmitted to drive axle due to mechanical transmission. There is another loss from ring gear to drive axle, that is loss of mechanical transmission. This system has many advantages over some early versions.