Luận văn Nghiên Cứu Thiết Kế Bộ Kết Hợp Công Suất Giữa Các Nguồn Động Lực Trên Ô Tô Hybrid.doc,các bạn có thể tham khảo thêm nhiều tài liệu và luận văn ,bài mẫu điểm cao tại teamluanvan.com

1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐẬU XUÂN HÀ
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ KẾT HỢP CÔNG SUẤT GIỮA CÁC
NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Thái Nguyên - 2018

2. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
ĐẬU XUÂN HÀ
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ KẾT HỢP CÔNG SUẤT GIỮA CÁC
NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 60520116
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TRƯỞNG KHOA
PGS. TS. Lê Văn Quỳnh TS. Nguyễn Khắc Tuân
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên - 2018

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những nội dung
trình bày trong luận văn do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của
TS Nguyễn Khắc Tuân, các thầy, cô giáo trường Đại học Kỹ Thuật Công
Nghiệp-Đại Học Thái Nguyên, cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, đồng
nghiệp. Nội dung của luận văn hoàn toàn phù hợp với tên đề tài đã được đăng
ký và phê duyệt của Hiệu trưởng trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp -Đại
Học Thái Nguyên. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
ĐẬU XUÂN HÀ

4. ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã
tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý
thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể thầy cô
khoa Cơ khí động lực, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp-Đại Học Thái Nguyên
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Phòng đào
tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy, hướng dẫn tạo điều kiện để em
hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân và tập thể cán
bộ giáo viên khoa Cơ Khí Động Lực, hội đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn
cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra.
Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song
do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn
còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và
các bạn đồng nghiệp tiếp tục giúp em để luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn !
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
ĐẬU XUÂN HÀ

5. iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. I
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................II
MỤC LỤC........................................................................................................III
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN ........................................ V
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN ............................................VI
PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................1
CHƯƠNG I........................................................................................................4
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU....................................................4
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID..........................................................4
1.1.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA Ô TÔ HYBRID.....................................4
.1.1.2. SO SÁNH ÔTÔ HYBRID VỚI Ô TÔ TRUYỀN THỐNG ...............10
1.1.3. SO SÁNH CÁC KIỂU Ô TÔ HYBRID ..............................................12
.1.1.4. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID........................13
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .......................................................................23
CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC 24
TRÊN Ô TÔ HYBRID....................................................................................24
2.1 PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID VỚI HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC KIỂU NỐI TIẾP...................................................24
2.2 PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID VỚI HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC KIỂU SONG SONG.............................................26
2.2.1. SƠ ĐỒ SONG SONG DÙNG BỘ KẾT NỐI MÔMEN .....................27
2.2.2.HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID DÙNG BỘ KẾT NỐI TỐC ĐỘ31
2.3 PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID VỚI HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC KIỂU HỖN HỢP..................................................35
2.4. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ................................................40

6. iv
2.4.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ...............................................................................40
2.4.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.............................................40
KẾT LUẬN CHƯƠNG 02 ............................................................................44
CHƯƠNG III...................................................................................................45
THIẾT KẾ BỘ KẾT HỢP CÔNG SUẤT.....................................................45
3.1. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ
HYBRID ........................................................................................................45
3.1.2. CHỌN ĐỘNG CƠ XĂNG...................................................................49
3.2. XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT 51
3.3. THIẾT KẾ BỘ KẾT HỢP CÔNG SUẤT ..............................................55
3.3.1. CHỌN KHOẢNG CÁCH TRỤC ........................................................55
3.3.2. CHỌN CÁC THÔNG SỐ MÔĐUN VÀ GÓC NGHIÊNG CỦA
BÁNH RĂNG ................................................................................................55
3.3.3. CHỌN SỐ RĂNG CỦA CÁC CẶP BÁNH RĂNG ...........................55
3.3.4. TÍNH LẠI KHOẢNG CÁCH TRỤC VÀ BỀ RỘNG VÀNH RĂNG .. 56
3.3.5. TÍNH BỀN BÁNH RĂNG ..................................................................56
3.3.6. TÍNH TOÁN TRỤC HỘP SỐ.............................................................58
3.4. LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM BỘ KẾT HỢP CÔNG SUẤT...............63
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.....................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................67
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ...............................................69

7. v
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
TÊN BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Đặc tính mô men động cơ điện
Bảng 3.2. Bảng đặc tính động cơ đốt trong
Bảng 3.3. Bảng lực tác dụng lên bánh rang
Bảng 3.4. Bảng giá trị sức bền uốn
Bảng 3.5. Giá trị sức bền tiếp xúc
TRANG
48
50
57
58
58

8. vi
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
TÊN HÌNH VẼ TRANG
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp 5
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống động lực của ô tô hybrid kiểu song 6
song
Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo hệ động lực (a) và bộ chia công suất 10
(b) của ô tô hybrid kiểu hỗn hợp - Toyota Prius
Hình 1.4. Lohner-Porsche Mixte 15
Hình 1.5. Thị phần ô tô Hybrid bán ra tại Mỹ năm 2016 18
Hình 1.6 . Sản lượng ô tô hybrid bán ra một số năm gần đây ở 18
một số nước phát triển
Hình 1.7. Ô tô buyt Hybrid Kamaz – 6282 (Liên bang Nga) 19
Hình 1.8. Ô tô Hybrid Hess light Tram ( Thụy Sĩ) 19
Hình 1.9. Mô hình bộ phân phối công suất thuộc đề tài 21
NCKH của Đại học Nha Trang []
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống động lực của ô tô hybrid 2 chỗ 22
chế tạo
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp 25
Hình 2.2. Sơ đồ song song 27
Hình 2.4. Một số thiết bị kết nối mômen 28
Hình 2.5. Sơ đồ hai trục với hộp số đặt trước 29
Hình 2.6. Sơ đồ hai trục với bộ kết nối mô men đặt trước hộp 29
số
Hình 2.7. Sơ đồ 1 trục với hộp số đặt sau động cơ 30
Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống truyền lực song song với động cơ 30
điện đặt sau
Hình 2.9. Sơ đồ bộ kết nối tốc độ 31

9. vii
Hình 2.10. Hệ bánh răng hành tinh Willson 32
Hình 2.11. Động cơ điện có stato không cố định 33
Hình 2.12. Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc 33
độ kiểu hệ bánh răng hành tinh
Hình 2.13. Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc 34
độ kiểu transmoto
Hình 2.15. Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và 35
tốc độ với hệ bánh răng hành tinh
Hình 2.16. Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid sử dụng xen kẽ bộ 37
kết nối mô men và tốc độ với một transmotor
Hình 2.17. Sơ đồ kết hợp bộ kết nối mô men và tốc độ trên xe 38
Toyota Prius
Hình 2.18. Sơ đồ kết hợp bộ kết nối mô men sử dụng 39
transmotor
Hình 2.19. Sơ đồ hệ thống truyền lực sử dụng các bộ kết nối 39
với 1 transmotor
Hình 2.20. Sơ đồ phương án thiết kế hệ thống truyền lực ô tô 41
hybrid 5 chỗ
Hình 2.21. Chế độ động cơ đốt trong. 42
Hình 2.22. Chế độ động cơ điện 42
Hình 2.23. Chế độ hybrid 43
Hình 2.24. Chế độ phanh tái sinh 43
Hình 2.25. Chế động cơ đốt trong nạp điện cho ácqui 44
Hình 3.1. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô hybrid 45
Hình 3.2. Đặc tính momen động cơ điện 49
Hình 3.3. Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng 51
Hình 3.4. Sơ đồ tính toán phân phối công suất trên xe hybrid 52
Hình 3.5. Mặt cắt ngang bộ kết hợp công suất 61

10. viii
Hình 3.6. Mặt trước bộ kết hợp công suất 61
Hình 3.7. Trục số 1 bộ kết hợp công suất 62
Hình 3.8. Bánh răng số 1 của bộ kết hợp công suất 62
Hình 3.9. Bộ kết hợp công suất 63
Hình 3.10. Vị trí lắp ráp bộ kết hợp công suất 64
Hình 3.11. Lắp ráp bộ kết hợp công suất lên giá đỡ 64
Hình 3.12. Màn hình hiển thị của thiết bị Chassis Dyno 65
ELP300

11. 1
PHẦN MỞ ĐẦU
1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm không khí đã trở nên ngày
càng nghiêm trọng. Để bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng không khí
tại các thành phố lớn, chính phủ các nước đã đưa ra các quy định ngặt nghèo
về tiêu thụ nhiên liệu và khí thải của xe. Đây là nguồn động lực chính thúc
đẩy các hãng sản xuất ô tô đầu tư phát triển các công nghệ mới, thân thiện với
môi trường cho các dòng sản phẩm của mình, trong đó phải kể đến xe điện và
xe điện hybrid.
So với ô tô sử dụng động cơ đốt trong truyền thống, ô tô điện sử dụng
động cơ điện làm nguồn động lực sẽ không phát thải độc hại ra môi trường.
Chính vì vậy hiện nay phương tiện giao thông sử dụng động cơ điện làm
nguồn động lực đóng một vai trò quan trọng trong việc hướng tới mục tiêu
giao thông bền vững, góp phần làm giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà
kính. Tuy nhiên, việc sử dụng động cơ điện làm nguồn động lực vẫn còn một
số vấn đề, như khả năng lưu trữ năng lượng bằng ắc quy hạn chế, tuổi thọ của
ắc quy ngắn, khối lượng động cơ điện và ắc quy lớn, thời gian nạp điện cho ắc
quy kéo dài, chi phí cao. Do vậy, hiện nay động cơ điện sử dụng làm nguồn
động lực thay thế cho động cơ vẫn còn hạn chế, mới chỉ dùng trong một vài
trường hợp cụ thể và cần thiết.
Để phát huy các ưu điểm cũng như hạn chế các vấn đề còn tồn tại của
động cơ điện khi dùng trên phương tiện vận tải, các nhà khoa học đã đưa ra
giải pháp phối hợp giữa động cơ điện với động cơ đốt trong, hay thường gọi là
xe hybrid. Với phương án này ngoài việc giải quyết các vấn đề hạn chế của
động cơ điện, mà vẫn phát huy được lợi thế của động cơ đốt trong. Như vậy
nguồn động lực hybrid là sử dụng ít nhất 2 nguồn động lực bổ sung cho nhau
trong quá trình hoạt động của phương tiện. Với các ưu điểm vượt trội về hiệu
suất của nguồn động lực hybrid cũng như khả năng tương thích về mô men

12. 2
kéo của hệ động lực hybrid với đặc tính kéo của phương tiện. Như vậy có thể
thấy rằng, ôtô sử dụng Hydrogen, ôtô điện, ôtô chạy bằng năng lượng mặt trời
mặt trời, ôtô chạy bằng khí nén... cho đến nay đều tồn tại một số nhược điểm
nhất định, chưa dễ thực hiện với thực trạng kinh tế kỹ thuật hiện nay. Trong
bối cảnh đó thì ôtô hybrid (nhiệt-điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện
được coi là phù hợp nhất trong giai đoạn đón đầu về xu thế phát triển ôtô
“sạch”, nhằm đáp ứng yêu cầu khắt khe về môi trường đô thị và nguy cơ cạn
kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch.
Phân tích các tài liệu liên quan đến ô tô hybrid [1-15] cho thấy, đến nay
việc nghiên cứu phối hợp các nguồn động lực trên ô tô hybrid đã được thực
hiện khá nhiều bởi các nhà nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam
do hạn chế về thiết bị và điều kiện kỹ thuật khác, việc nghiên cứu này còn
nhiều hạn chế, hoặc chỉ thông qua mô phỏng bằng các phần mềm chưa có
kiểm chứng bằng thực nghiệm, hoặc chế tạo ra thiết bị dưới dạng mô hình
phục vụ đào tạo, chưa có một nghiên cứu nào tiến hành một cách đầy đủ và
ứng dụng cho xe thực tế. Chính vì lý do trên tôi đã chọn đề tài “ Nghiên cứu
thiết kế bộ kết hợp công suất giữa các nguồn động lực trên ô tô hybrid”
làm đề tài luận văn thạc sỹ của mình với sự hướng dẫn của thầy giáo T.S
Nguyễn Khắc Tuân.
2. MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG CỦA NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu này đó là nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thiết kế
chế tạo thành công bộ kết hợp công suất sử dụng trên ô tô hybrid 05 chỗ với
sơ đồ động lực kiểu song song.
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu đó là bộ kết hợp công suất kiểu kết nối mô men
dùng cho ô tô hybrid 05 chỗ với sơ đồ động lực kiểu song song
3 . PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

13. 3
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài này sử dụng phương pháp
nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN CỦA NGHIÊN CỨU
Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu
Trong nghiên cứu này đã dựa trên cơ sở khoa học của cơ học lý thuyết,
động lực học ô tô, cơ sở thiết kế máy để tiến hành thiết kế bộ kết hợp công
suất. Đề tài đã xây dựng phương trình cân bằng công suất ở các chế độ làm
việc khác nhau của ô tô làm cơ sở cho việc nghiên cứu phối hợp công suất
giữa các nguồn động lực cũng như thu hồi năng lượng tái sinh và chế độ làm
việc đặc trưng khác trên xe hybrid. Đây chính là ý nghĩa khoa học của đề tài.
Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu:
Sản phẩm của đề tài được ứng dụng trên xe TNUT hybrid đáp ứng đầy
đủ các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Trong thời gian tới, sản phẩm sẽ hoàn thiện
thêm cho phép ứng dụng rộng rãi trên các loại xe tương tự hoặc sử dụng khi
hoán cải ô tô sử dụng động cơ đốt trong thành xe hybrid. Điều này có ý nghĩa
thực tiễn rất lớn đặc biệt trong tình hình hiện nay khi yêu cầu khí thải của ô tô
ngày càng khắt khe, trong khi đó số lượng xe cũ ở Việt Nam còn rất lớn.
5. NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
Luận văn bố cục gồm có 03 chương; 70 trang; 39 hình vẽ; 05 bảng biểu
Các phần chính của đề tài:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về ô tô hybrid và các nghiên cứu liên quan đến bộ kết
hợp công suất
Chương 2. Vấn đề phối hợp các nguồn động lực trên ô tô hybrid
Chương 3. Thiết kế, chế tạo bộ kết hợp công suất
Kết luận

14. 4
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Nội dung của chương này trình bày, phân tích đặc điểm cấu tạo của
các loại ô tô hybrid, so sánh giữa các loại ô tô hybrid với nhau, so sánh ô tô
hybrid và ô tô truyền thống về phương diện cấu trúc, tính kinh tế nhiên liệu,
mức độ phát thải gây ô nhiễm môi trường... Trong chương này cũng giới thiệu
một số công trình nghiên cứu liên quan đến việc phân phối và sử dụng công
suất trên ô tô hybrid, trên cơ sở đó xác định vấn đề cần nghiên cứu là thiết kế
bộ kết hợp nguồn động lực của ô tô hybrid.
1.1. TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID
1.1.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA Ô TÔ HYBRID
Về phương diện cấu tạo, ô tô truyền thống và ô tô hybrid chỉ khác nhau
cơ bản ở hệ thống động lực. Hệ thống động lực của ô tô hybrid phổ biến hiện
nay được cấu thành từ một động cơ đốt trong (ICE) và một hoặc nhiều động
cơ điện (EM). Trong các tài liệu chuyên ngành bằng tiếng Anh, các thuật ngữ:
"hybrid car","hybrid vehicle", "hybrid road vehicle" và "hybrid electric
vehicle" thường được sử dụng để chỉ loại ô tô hybrid có hệ thống động lực
như vậy. Trong luận văn này, sử dụng thuật ngữ "xe hybrid" và "ô tô hybrid"
khi đề cập đến các ô tô có hệ thống truyền lực có đặc điểm cấu tạo như trên .
Căn cứ vào cách thức liên kết giữa động cơ đốt trong động cơ điện, tỷ
lệ công suất của động cơ đốt trong và của động cơ điện được sử dụng để dẫn
động bánh xe chủ động, sự phân công về thời gian làm việc của ICE và của
EM trong quá trình vận hành, ô tô hybrid hiện đại được phân thành 3 loại [6,7,
14,15]: ô tô hybrid kiểu nối tiếp, ô tô hybrid kiểu song song và ô tô hybrid
kiểu hỗn hợp.
Ô TÔ HYBRID KIỂU NỐI TIẾP
Ô tô hybrid kiểu nối tiếp, trong tiếng Anh được gọi là Series Hybrid
Electric Vehicle, sau đây viết tắt là S-HEV.

15. 5
Các thành tố cơ bản của hệ động lực của S-HEV bao gồm: một ICE,
một hoặc một số EM, một EG, bộ AQ, bộ chuyển đổi điện và cặp bánh răng
giảm tốc (xem Hình 1.1). Về cơ bản, hệ động lực của S-HEV chỉ khác hệ
động lực của ô tô điện ở chỗ có thêm một ICE và EG.
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống động lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp
Ở S-HEV, ICE chỉ có chức năng lai EG để cung cấp điện cho EM hoặc
nạp điện cho AQ, EM đảm bảo 100% công suất yêu cầu để dẫn động các bánh
xe chủ động thông qua một cặp bánh răng giảm tốc. EM chạy bằng điện từ
AQ hoặc trực tiếp từ EG. Trong hệ truyền động của S-HEV chỉ cần một cặp
bánh răng giảm tốc bố trí giữa EM và vi sai, thay cho hộp số nhiều cấp ở ô tô
truyền thống. Trong trường hợp EM được bố trí trực tiếp trong các moayơ của
bánh xe chủ động, SHEV thực tế không có hệ truyền động cơ khí, thay vào đó
là hệ truyền động điện gọn nhẹ hơn và tiêu hao ít năng lượng hơn.
EM trên S-HEV nói riêng và trên các loại ô tô hybrid khác nói chung,
thường được thiết kế để có thể hoạt động như một máy phát điện (sau đây gọi
là môtơ-máy phát điện liên hợp, viết tắt là MG) để có thể tận dụng động năng
của ô tô trong quá trình phanh hoặc xuống dốc. Một số mẫu S-HEV cho phép
nạp điện AQ bằng điện lưới trong thời gian ô tô không hoạt động nhằm mục

16. 6
đích giảm chi phí vận hành do giá điện lưới thường thấp hơn giá điện được
sản xuất bằng ICE trên xe.
Ô TÔ HYBRID KIỂU SONG SONG
Ô tô hybrid kiểu song song (P-HEV) có các nguồn động lực tương tự như ở S-
HEV, tức là cũng bao gồm một ICE và một MG. ICE và MG của P-HEV
được liên kết với bánh xe chủ động thông qua các ly hợp sao cho bánh xe chủ
động có thể được dẫn động chỉ bằng ICE hoặc chỉ bằng MG hoặc bằng cả hai
đồng thời. ICE và MG có thể được liên kết với nhau theo các phương án như
sau:
 ICE và MG liên kết song song trên một trục (xem Hình 1-2): Ở phương án
này, tốc độ quay của ICE và MG phải được đồng bộ hóa, momen quay truyền
đến bánh xe chủ động là tổng momen quay của ICE và MG. Khi chỉ một
nguồn động lực làm việc, nguồn động lực còn lại phải hoạt động ở chế độ
không tải hoặc không hoạt động nếu được trang bị các ly hợp một chiều.
 ICE và MG liên kết nối tiếp trên một trục: ICE và MG phải có cùng tốc độ
quay. Nếu MG nằm giữa ICE và hộp số thì MG có thể có momen quay dương
hoặc âm, tùy thuộc vào chế độ vận hành. Honda Insight là mẫu P-HEV điển
hình áp dụng phương án này.
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống động lực của ô tô hybrid kiểu song song

17. 7
 ICE và MG liên kết qua mặt đường: ICE truyền momen quay đến bánh xe
chủ động qua hệ truyền động cơ khí truyền thống, MG được liên kết với bánh
xe chủ động qua một trục khác. AQ được MG nạp điện nhờ tận dụng động
năng của xe khi phanh hoặc động năng của xe ở chế độ hành trình. Trong
trường hợp này, công suất của ICE được truyền đến MG thông qua mặt
đường. Phương án này có ưu điểm đặc biệt trong trường hợp ô tô nhiều cầu
chủ động, trong đó ICE và MG sẽ liên kết cơ khí với các cầu khác nhau. Xe
đạp máy có EM tích hợp trong moayơ của bánh xe trước và pedal quay bánh
sau là ví dụ về kiểu hybrid song song có các nguồn động lực liên kết qua mặt
đường.
Hầu hết các mẫu P-HEV hiện nay được trang bị ICE với vai trò là
nguồn động lực chính, còn MG chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc leo
dốc. Với cấu hình như vậy, cả ICE và MG đều hoạt động với khoảng 50%
công suất cực đại khi ô tô chạy với tốc độ trung bình, ICE phát công suất gần
tối đa và MG phát khoảng 50 % công suất hoặc nhỏ hơn ở tốc độ lớn. Trên thị
trường hiện nay, P-HEV có thị phần lớn hơn so với S-HEV. Honda Insight,
Honda Civic and Honda Accord là những mẫu P-HEV điển hình và chiếm thị
phần đáng kể trong thời gian gần đây. General Motors Parallel Hybrid Truck
(PHT), Saturn VUE Hybrid, Aura Greenline Hybrid, Chevrolet Malibu
Hybrid cũng là những ô tô hybrid được xếp vào nhóm P-HEV.
Ô TÔ HYBRID KIỂU HỖN HỢP
Ô tô hybrid kiểu hỗn hợp (SP-HEV), còn được gọi là ô tô hybrid chia
công suất (power-split hybrid vehicle) hoặc ô tô hybrid kiểu nối tiếp-song
song (seriesparallel hybrid vehicle).
Hệ động lực của Toyota Prius được xem là điển hình của SP-HEV và
được trình bày dưới đây để minh họa đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt
động của hệ động lực SP-HEV.

18. 8
Hệ động lực hybrid của Toyota Prius, thường được viết tắt là THS
(Toyota Hybrid System), được cấu thành từ các thành tố cơ bản với chức năng
sau đây [14,15, 20]:
 Động cơ xăng 4 kỳ hoạt động theo chu trình Atkinson (ICE) có chức năng
dẫn động các bánh xe chủ động và lai môtơ-máy phát điện liên hợp MG1;

 Môtơ-máy phát điện liên hợp MG2 có chức năng chính là phối hợp với ICE
dẫn động các bánh xe chủ động và chức năng phụ là phát điện nạp cho AQ
trong quá trình phanh. MG2 có tính năng động lực học cao để đảm bảo ô tô
rời chỗ nhẹ nhàng và tăng tốc tốt.
 AQ cao áp và AQ phụ: AQ phụ 12 V có chức năng duy trì hoạt động của hệ
thống điều khiển. AQ cao áp có chức năng cung cấp điện cho MG2. AQ cao
áp thường xuyên được nạp điện từ máy phát MG1 trong quá trình ô tô chạy và
từ MG2 trong quá trình phanh.
Bộ chia công suất (Power Split Device - PSD) có cấu trúc và hoạt động
tương tự như một hộp số bánh răng hành tinh. Giá đỡ các bánh răng hành tinh
liên kết với ICE và được xem như đầu vào của hộp số, bánh răng mặt trời liên
kết với MG1, vành răng liên kết với MG2 (Hình 1-3b).
Toyota Prius được chế tạo trong những năm gần đây được trang bị hệ
động lực có cấu trúc và nguyên lý hoạt động tương tự như các Toyota Prius
thế hệ trước nhưng các thành tố cơ bản như ICE, MG1, MG2 và AQ cao áp
được nâng cấp chất lượng hoặc điều chỉnh một số thông số tính năng.
Chiến lược điều khiển THS được thực hiện bằng bộ điều khiển điện tử
trung tâm trong suốt quá trình hoạt động của ô tô. Có thể phân biệt các chế độ
hoạt động đặc trưng sau đây:
(1) Chế độ điện: Chế độ điện bao gồm các chế độ như ô tô bắt đầu chuyển
động, chạy từ từ, xuống dốc trên đoạn đường có độ dốc nhỏ. Ở chế độ điện,
ICE không hoạt động, MG2 chạy bằng điện từ AQ. Toyota Prius được trang

19. 9
bị ắcqui cao áp có dung lượng vừa phải (6,5 Ah) nên chỉ cho phép hoạt động
ở chế độ điện trong một thời gian tương đối ngắn;
(2) Chế độ hành trình (còn gọi là chế độ chạy bình thường) là chế độ ô tô
chạy đường dài. Công suất của ICE được chia cho bánh xe chủ động và máy
phát điện MG1 với tỷ lệ sao cho ICE làm việc ở vùng có hiệu suất tối ưu.
MG2 chạy bằng điện từ máy phát. Nếu dung lượng của AQ thấp, một phần
công suất của máy phát dùng để nạp điện cho AQ;
(3) Chế độ trợ lực (còn gọi là chế độ gia tốc tối đa): Trong các điều kiện mà
ICE không đáp ứng được (tăng tốc để vượt xe phía trước, leo dốc, v.v.), MG2
sẽ chạy bằng điện từ AQ cao áp để trợ lực cho ICE;
a)
b)
Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo hệ động lực (a) và bộ chia công suất (b) của ô tô
hybrid kiểu hỗn hợp - Toyota Prius
(4) Chế độ nạp AQ (còn gọi là chế độ giảm tốc và phanh):

20. 10
AQ được nạp điện trong quá trình phanh hoặc xuống dốc bằng điện từ
MG2 hoặc bằng điện từ MG1 ở chế độ hành trình. Đối với Toyota Prius, bộ
điều khiển trung tâm đảm bảo AQ phải luôn được nạp đầy, tức là không yêu
cầu nạp điện thủ công;
(5) Chế độ chia công suất ngược:
Ô tô chạy ở chế độ hành trình và AQ đầy điện. AQ cung cấp điện cho
cả MG2 để dẫn động bánh xe và cho cả MG1. MG1 chạy sẽ làm ICE quay
chậm hơn với mục đích giảm tiêu hao nhiên liệu trong khi momen quay
không đổi. Có thể liệt kê một số đặc điểm của THS như sau:
 THS cho phép ô tô hoạt động theo kiểu hybrid song song, tức là các bánh xe
chủ động có thể được dẫn động chỉ bằng ICE hoặc chỉ bằng EM hoặc bằng
ICE và EM đồng thời;
 Mặc dù ICE, MG1 và MG2 được liên kết với nhau thông qua một hộp số cơ
khí, nhưng PSD hoạt động như một hộp số vô cấp, cho phép ICE thường
xuyên làm việc ở vùng có suất tiêu thụ nhiên liệu tối ưu;
 PSD có nhược điểm là hiệu suất phụ thuộc nhiều vào lượng công suất được
chia cho đường điện (MG1) vì năng lượng được biến đổi qua lại nhiều lần
(động năngđiện năngđộng năng). Ở những chế độ như vậy, hiệu suất
chỉ đạt khoảng 70% so với 98% ở chế độ cơ khí thuần túy
.1.1.2. SO SÁNH ÔTÔ HYBRID VỚI Ô TÔ TRUYỀN THỐNG
Ô tô hybrid hiện đại có những đặc điểm cơ bản sau đây:
So với ô tô truyền thống, ô tô hybrid có những ưu điểm và nhược điểm sau
đây:
(1) Ô tô hybrid tiết kiệm nhiên liệu hơn và phát thải ít hơn:
Ô tô hybrid được phát triển chủ yếu do áp lực của vấn đề tiết kiệm
nhiên liệu và giảm mức độ phát thải. Mục tiêu này đạt được nhờ những đặc
điểm sau đây:
- ICE của ô tô hybrid nhỏ hơn nên tổn thất năng lượng ít hơn;

21. 11
- Ở S-HEV và SP-HEV, tốc độ quay của ICE có thể độc lập hoàn toàn
đối với vận tốc của ô tô nên ICE được cho làm việc ở những chế độ tối ưu về
phương diện tiết kiệm nhiên liệu hoặc phát thải;
- Tái sử dụng động năng của ô tô trong quá trình phanh và xuống dốc;
Cho phép ICE không hoạt động ở các chế độ đặc biệt như: chờ trước đèn đỏ,
chạy không tải, xuống dốc...
(2) Hầu hết các mẫu ô tô hybrid hiện nay có giá bán cao hơn ô tô truyền
thống:
Để đảm bảo tính năng kỹ thuật cần thiết, kích thước nhỏ gọn và tuổi thọ
hợp lý, các thiết bị điện (EM, EG, AQ, v.v.) trang bị cho ô tô hybrid thường là
loại cao cấp với giá thành cao hơn. Một số vấn đề khác liên quan đến ô tô
hybrid cũng đã được đề cập đến như sau:
(1)Vật liệu chế tạo:
Công nghiệp chế tạo các loại thiết bị điện cao cấp trang bị cho ô tô hybrid
tiêu thụ một lượng lớn vật liệu đặc biệt được chế biến từ đất hiếm. Cho đến
nay, trên 90 % lượng đất hiếm được sử dụng trên toàn thế giới do Trung Quốc
cung cấp;
(2) Vấn đề tuổi thọ của hệ động lực:
Hầu hết ô tô hybrid hiện nay đều được thiết kế để ICE không hoạt động ở
một số chế độ đặc biệt như: chờ trước đèn đỏ, phanh, xuống dốc hoặc chạy ở
tốc độ thấp. Như vậy, trong quá trình vận hành, ICE ở ô tô hybrid sẽ được tắt
và khởi động lại nhiều lần hơn so với ô tô truyền thống. Đặc điểm này có thể
làm giảm tuổi thọ của ICE do chất lượng bôi trơn thường rất thấp và chế độ
nhiệt thường không tối ưu ở giai đoạn ngay sau khởi động;
(3)Vấn đề ô nhiễm môi trường do AQ:
Hầu hết ô tô hybrid hiện nay được trang bị AQ loại Nickel - Metal
Hydride hoặc Lithium Ion. Cả hai loại này được đánh giá là thân thiện với
môi trường hơn so với AQ loại axit - chì và Nickel - Cadmium. Mặc dù vậy,

22. 12
vẫn tồn tại những hoài nghi về tác hại của nguồn rác thải AQ đối với môi
trường và sức khỏe con người;
(4)Vấn đề an toàn giao thông:
Trong báo cáo năm 2009 của National Highway Traffic Safety
Administration (USA) có nhận định rằng: trong một số hoàn cảnh, ô tô hybrid
có xu hướng gây tai nạn giao thông cho người đi bộ và đi xe đạp nhiều hơn so
với ô tô truyền thống. Ô tô hybrid va chạm với người đi bộ và đi xe đạp nhiều
hơn khi rẽ ở các góc phố. Báo cáo cũng chỉ ra rằng không có sự khác nhau về
tai nạn giao thông khi ô tô chạy trên các đường lớn.
1.1.3. SO SÁNH CÁC KIỂU Ô TÔ HYBRID
Hiệu suất của ICE :
 Do chỉ có chức năng lai máy phát điện nên ICE trên S-HEV làm việc ở tốc
độ quay không đổi với suất tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất, không phụ thuộc vào
vận tốc của ô tô. Hiệu suất của động cơ xăng trên S-HEV có thể đạt đến trị số
gần giới hạn lý thuyết (khoảng 37 %), trong khi hiệu suất trung bình của động
cơ xăng trên ô tô truyền thống và trên P-HEV chỉ đạt dưới 30% [15];

 Khi hoạt động trên đường cao tốc, P-HEV có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp
hơn S-HEV do không cần biến đổi cơ năng của ICE thành điện năng để cung
cấp cho EM;

 ICE trên SP-HEV có hiệu suất trung bình thấp hơn so với ICE trên SHEV
nhưng cao hơn so với ICE trên P-HEV;
(2) Công suất của EM và dung lượng của AQ: EM của S-HEV phải có công
suất lớn, đảm bảo ô tô đạt được các thông số tính năng động lực học tối đa
theo thiết kế (tốc độ cực đại, gia tốc cực đại, khả năng leo dốc, v.v.), trong khi
phần lớn các chế độ vận hành yêu cầu công suất thấp hơn. Với P-HEV và S-
HEV có tính năng động lực học tương đương, P-HEV được trang bị bộ AQ và
EM nhỏ hơn do có ICE cùng làm việc khi yêu cầu công suất lớn;

23. 13
(3) Hệ thống truyền động: S-HEV có hệ thống truyền động đơn giản nhất so
với các kiểu ô tô hybrid khác. Do chỉ có EM có liên hệ cơ khí với bánh xe chủ
động nên không cần trang bị hộp số nhiều cấp cho S-HEV, thay vào đó chỉ
cần một cặp bánh răng giảm tốc bố trí giữa EM và vi sai. Do chỉ có truyền
động điện giữa EM với tổ hợp ICE-máy phát điện nên có nhiều lựa chọn về vị
trí bố trí tổ hợp này.
Những đặc điểm trên cho phép dễ dàng bố trí các thành tố của hệ động
lực để tăng không gian của cabin và tối ưu hóa phân bố trọng lượng ô tô
.1.1.4. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Ô TÔ HYBRID
Ô tô điện được ra đời lần đầu tiên vào năm 1834. Trong suốt những thập
kỷ nửa sau thế kỷ 19, nhiều công ty đã sản xuất ô tô điện ở Hoa Kỳ, Anh, và
Pháp. Những xe ô tô đầu tiên mà con người sử dụng là ô tô điện. Tuy nhiên,
do những hạn chế về công nghệ ắc quy và đặc biệt là do sự tiến bộ vượt bậc
của công nghệ động cơ đốt trong, ô tô điện đã dần bị thay thế và hầu như
không còn tồn tại từ sau những năm 1930.
Tới những năm đầu của thập kỷ 70 thế kỷ trước, hai vấn đề lớn của
nhân loại là ô nhiễm môi trường do khí thải và an ninh năng lượng do sự hữu
hạn của các nguồn năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ, và khí đốt) đã dần
trở nên bức thiết. Người ta bắt đầu quan tâm trở lại đến ô tô điện như một giải
pháp hiệu quả cho các vấn đề này. Thời gian đầu, ô tô điện vẫn chỉ là một đối
tượng nghiên cứu; các mẫu xe điện đều là sự chuyển đổi từ xe ô tô thông
thường dùng động cơ đốt trong. Ngày nay, các nhà sản xuất ô tô lớn đều đã và
đang cho ra đời các sản phẩm ô tô điện được thiết kế và chế tạo với những
công nghệ đặc thù cho xe điện, chứ không phải là một sản phẩm hoán cải như
trước.
Vào đầu thế kỷ 20 các nhà sản xuất xe của Mỹ đã sử dụng động cơ xăng,
điện và hơi nước một cách song song. Họ sớm nhận ra rằng hai hay nhiều
động cơ kết hợp lại sẽ làm tăng tính hiệu quả của động cơ. Và kết quả của giả

24. 14
thuyết đó là động cơ hybrid (động cơ xăng điện) ra đời vào năm 1905 do một
kỹ sư người Mỹ phát minh. Thời kỳ đó phát minh này không được mấy người
quan tâm bởi vì động cơ đốt trong khi đó còn khá rẻ so với động cơ xăng điện
có cùng công xuất. Sau 70 năm, khi cuộc khủng hoảng dầu lửa xảy ra, vấn đề
tiết kiệm nhiên liệu mới được quan tâm nhiều và đây chính là lý do để động
cơ hybrid được nghiên cứu lại. Tuy nhiên, 30 năm trước, do một số quy định
nên động cơ hybrid đã bị trì hoãn. Ngày hôm nay những chiếc xe như Toyota
Prius hay Honda Accord loại hybrid đã trở nên phổ biến, được nhiều người
tiêu dùng yêu thích. Liệu hybrid có phải là xu hướng của xe trong tương lai?
Một trong những lý do nữa khiến hybrid ngày càng được quan tâm đó là môi
trường sống. Như chúng ta biết động cơ đốt trong sẽ thải ra khí carbon
monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) và khí hydro-carbon (HC) chưa đốt,
đây là những nhân tố chính gây ô nhiễm môi trường. Các hiện tượng như sự
nóng lên của toàn cầu hay hiện tượng “El Nino” xảy ra một phần là hậu quả
của việc sử dụng động cơ dầu diesel và xăng.
Sự phát triển của công nghệ hybrid sẽ giúp hạ giá thành nhiên liệu, theo
ước tính lượng xe hybrid được sản xuất sẽ tăng gấp đôi mỗi năm, một dự báo
rất lạc quan là vào năm 2007 hay 2008 sẽ có khoảng một triệu xe hybrid được
tiêu thụ tại thị trường Mỹ. Nhưng chúng ta không nên quên rằng doanh số của
các loại xe thông thường cũng sẽ tăng lên, ví dụ như nếu hiện nay có 200
ngàn chiếc xe tại Mỹ, thì sau 20 năm con số đó có thể sẽ là 300 ngàn chiếc.
Lohner-Porsche Mixte được xem là chiếc ô tô hybrid đầu tiên trên thế
giới do Ferdinand Porsche (1875 – 1951) - kỹ sư ô tô người Đức - thiết kế.

25. 15
Hình 1.4. Lohner-Porsche Mixte[18]
Tiền thân của Lohner-Porsche Mixte là chiếc ô tô điện Egger-Lohner
do Porsche thiết kế vào năm 1898 cho Lohner-Werke (Áo) – hãng chuyên chế
tạo xe cao cấp do ngựa kéo. Egger-Lohner được trang bị 2 môtơ điện bố trí
trong moayơ của hai bánh xe phía trước, mỗi môtơ có công suất 2,5 3,5 HP
và có thể đạt được công suất cực đại 7 HP trong thời gian ngắn. Porche đã cải
tiến Egger-Lohner bằng cách bổ sung một động cơ xăng với công suất 2,5 HP
với chức năng lai máy phát nạp điện cho AQ. Phiên bản cải tiến này được
trình diễn tại Paris Auto Show vào năm 1901 với tên Lohner-Porsche Mixte.
Ý tưởng hệ động lực hybrid kiểu nối tiếp của Porsche đã được ứng dụng cho
đầu máy xe lửa điện – diesel và được xem là phương án tối ưu cho loại
phương tiện này. Thiết kế của Lohner-Porsche Mixte cũng đã được Boeing và
NASA nghiên cứu và áp dụng cho xe tự hành trên Mặt trăng (Lunar Rover)
trong chương trình Apollo.
Vào năm 1915, công ty Woods Motor Vehicle tại Hoa Kỳ đã chế tạo
mẫu ô tô hybrid với hệ động lực có 1 EM và 1 động cơ xăng 4 xylanh. Ô tô
chỉ chạy bằng EM khi tốc độ dưới 15 mph (24 km/h). Để đạt tốc độ cao hơn,

26. 16
động cơ xăng được cho hoạt động cùng với EM và ô tô có thể đạt tốc độ tối
đa 35 mph (56 km/h).
Woods Motor Vehicle đã bán được khoảng 600 chiếc ô tô loại này
trong giai đoạn 19151918. Mẫu ô tô này được đánh giá là thất bại về
phương diện thương mại do giá thành cao, tốc độ không thỏa mãn yêu cầu của
khách hàng, v.v.
Trong khi hệ động lực hybrid đã không ngừng được hoàn thiện và trở
thành giải pháp độc tôn đối với tàu ngầm truyền thống hoặc là giải pháp tối ưu
cho đầu máy xe lửa điện-diesel và máy bay phản lực với các EM để chạy trên
đường băng, ô tô hybrid đã không được thương mại hóa ở qui mô đáng kể cho
đến đầu những năm 1990 của thế kỷ XX do những ưu thế áp đảo của ô tô
truyền thống chạy bằng động cơ xăng hoặc diesel được chế tạo hàng loạt với
giá rẻ trong điều kiện nguồn cung xăng dầu dồi dào với giá thấp.
Dưới áp lực ngày càng tăng của yêu cầu tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch
và giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do khí thải của ICE, ô tô hybrid lại được
quan tâm trở lại từ đầu những năm 1990 và đã phát triển nhảy vọt cho đến
nay. Toyota Prius là mẫu ô tô con du lịch đầu tiên được chế tạo hàng loạt.
Toyota Prius được bán ở thị trường Nhật Bản lần đầu tiên vào năm 1997, sau
đó đã có mặt ở khoảng 80 quốc gia và vùng lãnh thổ vào năm 2000. Khoảng
300 xe Toyota Prius đã được bán trong năm 1997, 19.500 xe được bán trong
năm 2000. Tổng cộng đã có khoảng 1.000.000 xe Toyota Prius được bán tính
đến tháng 5 năm 2008, 2.000.000 xe được bán tính đến tháng 8 năm 2010,
3.000.000 xe được bán tính đến tháng 6 năm 2013, 4.800.000 đã được bán
tính đến tháng 9 năm 2014.
Hiện nay, hàng loạt mẫu ô tô hybrid thương mại như Honda Insight,
Honda Civic Hybrid, Ford Escape Hybrid, Ford Fusion Hybrid, Saturn Aura
Greenline, Mailbu Hybrid, Camry Hybrid, Cadillac Escalade Hybrid, Mercury
Milan Hybrid, Mercedes-Benz S400 BlueHybrid, Mercedes-Benz ML450

27. 17
Hybrid, BMW ActiveHybrid 7, Porshe Cayenne Hybrid, Volkswagen Jetta
Hybrid, Hyundai Elantra LPI Hybrid, Hyundai Sonata Hybrid, Kia Optima
Hybrid, v.v. của các hãng chế tạo ô tô hàng đầu đã có mặt trên thị trường thế
giới với những mức độ thành công khác nhau.
Ngày này, nhờ những tiến bộ đạt được, ô tô hybrid có sản lượng bán
hàng năm tăng dần ở một số quốc gia phát triển như Mỹ, Anh, Đức, Nga, Liên
minh châu Âu... Ô tô hybrid được sử dụng phổ biến làm phương tiện vận tải
công cộng.
Hình 1.5. Thị phần ô tô Hybrid bán ra tại Mỹ năm 2016
Hình 1.6 . Sản lượng ô tô hybrid bán ra một số năm gần đây ở một số
nước phát triển

28. 18
Hình 1.7. Ô tô buyt Hybrid Kamaz – 6282 (Liên bang Nga)
Hình 1.8. Ô tô Hybrid Hess light Tram ( Thụy Sĩ)
1.2. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP CÁC NGUỒN ĐỘNG
LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID
Ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu liên quan đến việc phối
hợp các nguồn động lực trên ô tô Hybrid. Tại trường Đại học Nha Trang, đã
triển khai đề tài Đồ án tốt nghiệp của các sinh viên Lê Quang Khải và Đào
Thanh Lý "Thiết kế kỹ thuật và chế tạo bộ phận phân phối công suất nhằm cải
hoán mô hình tổng thành ô tô thành mô hình ô tô hybrid tại bộ môn Kỹ thuật
ô tô". Sản phẩm của đồ án là bộ phân phối công suất (PSD) mô phỏng

29. 19
theo PSD của ô tô Toyota Prius. Tuy nhiên sản phẩm này chỉ có phần cơ khí
mà chưa có phần điện điều khiển nên phải hoạt động bằng cách quay tay và
dùng phục vụ công tác dạy-học các nội dung về đặc điểm cấu tạo và nguyên
lý hoạt động của PSD [5]. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường "Nghiên
cứu thiết kế, chế tạo mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi phục vụ đào tạo kỹ sư
ngành Cơ điện tử và Kỹ thuật ô tô" (mã số : TR2002-13-05). Sản phẩm của đề
tài là một ô tô 4 bánh được trang bị hệ động lực hybrid được cấu thành từ 1
động cơ xăng có dung tích công tác V= 110 cm3, 1 máy phát điện công suất
Neg = 1kW và 2 môtơ điện có tổng công suất Nem = 960W lắp trực tiếp trong
moayơ của hai bánh xe sau. Thời gian hoạt động của động cơ xăng và quá
trình nạp điện cho ắcqui được tự động hóa nhờ một vi mạch do tác giả thiết kế
và chế tạo. Do không có li hợp để đóng ngắt nguồn động lực từ ICE với bánh
xe chủ động nên mô hình chế tạo chưa thể hiện đầy đủ chức năng của ô tô
hybrid và sản phẩm của đề tài chỉ được sử dụng phục vụ đào tạo sinh viên của
trường.
Hình 1.9. Mô hình bộ phân phối công suất thuộc đề tài
NCKH của Đại học Nha Trang [5]

30. 20
Trong luận văn thạc sĩ "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm bộ
phân phối công suất trang bị trên mô hình xe hybrid kiểu hỗn hợp" của học
viên Nguyễn Trí Thành [5] được phát triển trên cơ sở kế thừa sản phẩm của
đề tài khoa học TR2002-13-05 nói trên. Học viên đã thiết kế và chế tạo bộ
chia công suất (PSD) mô phỏng theo cấu trúc PSD của Toyota Prius, tính
chọn công suất của máy phát điện EG và lắp ráp trên mô hình ô tô 2 chỗ ngồi.
Động cơ xăng và máy phát điện được liên kết với nhau thông qua ly hợp điện
từ có chức năng giúp mô phỏng cơ chế hoạt động của hệ động lực hybrid kiểu
hỗn hợp. Do mục tiêu của đề tài là phục vụ dạy-học nên các bộ phận được chế
tạo với kích thước lớn và được "khai triển" cho dễ quan sát nên bộ PSD này
không thể sử dụng được cho xe thật chạy trên đường.
Hình 1.10 thể hiện sơ đồ hệ thống động lực hybrid do GS.TSKH Bùi
Văn Ga và Nguyễn Quân của Đại học Bách khoa – Đại học Đà Năng thiết kế
[3]. Ô tô thiết kế có hai chỗ ngồi, khối lượng toàn bộ xe 500kg, vận tốc cực
đại 70km/h. Cơ cấu truyền động cơ khí của ô tô được chia ra làm hai nhóm
chính: phát điện và bộ truyền động liên kết với cầu chủ động.
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống động lực của ô tô hybrid 2 chỗ[3]

31. 21
Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:
- Ở chế độ bình thường, EM kéo bánh xe chủ động quay thông qua bộ
bánh răng giảm tốc và bộ vi sai;
- Ở chế độ giảm tốc khi cần dừng xe hoặc khi xe xuống dốc, người lái
nhả bàn đạp ga, EM được cắt điện;
- Khi cần chạy đường dài, người lái chuyển điều khiển xe sang hoạt
động ở chế độ "phụ trợ". Khi ICE hoạt động kéo máy phát điện hỗ trợ cùng
bình ắc quy cung cấp điện năng cho EM;
- Khi xe chạy vào đường có độ dốc lớn, người lái nhấn nút "vượt dốc"
trên bảng điều khiển, ICE được khởi động và ly hợp điện từ được điều khiển
chuyển sang trạng thái đóng để ICE hỗ trợ EM kéo xe vượt dốc. Để đạt được
các tính năng yêu cầu, EM một chiều kiểu ZYT145/06-90 của Trung Quốc có
hiệu điện thế 90V, tốc độ quay định mức 3.000 v/ph và mô men xoắn cực đại
60 Nm. Động cơ xe gắn máy có dung tích xi lanh 110cm3 và máy phát điện
xoay chiều G263-A sử dụng trên xe ô tô tải với điện áp 28V công suất 4,5kW
Động cơ xe gắn máy 110cm3 nguyên thủy chạy bằng xăng có công suất cực
đại 5,5kW được cải tạo sang chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng. Các bộ phận cơ
bản của ô tô hybrid giới thiệu ở trên đều có săn trên thị trường nên việc chế
tạo có tính khả thi cao, đặc biệt động cơ xăng được cải hoán để chạy bằng khí
dầu mỏ hóa lỏng, là những điểm đặc trưng của sản phẩm. Tuy nhiên, tương tự
như những nghiên cứu đã giới thiệu ở trên, bài toán tối ưu hóa độ lớn của các
nguồn năng lượng và tham số điều khiển hệ động lực hybrid hầu như chưa
được đề cập đến hoặc nếu có thì có thể đã được giải bằng phương pháp "thử
và sai" hoặc bằng kinh nghiệm của người nghiên cứu.
Ở ngoài nước, việc nghiên cứu phát triển ô tô hybrid đã được tiến hành
ở các viện nghiên cứu và trường đại học từ rất lâu. Tại trường đại học Tổng
hợp kỹ thuật Quốc Gia Matxcova MAMI đã nghiên cứu thành công xe hybrid
KVAN dùng cho công tác thí nghiệm dựa trên nền xe UAT-5335. Xe sử dụng

32. 22
bộ kết hợp công suất kiểu kết nối mô men có thể hoạt động ở các chế độ hai
cầu chủ động.
Hình 1.11 – Ô tô hybrid Kvan trường Đại học MGTU MAMI
Ngoài ra, tại trường này cũng đã nghiên cứu thành công bệ thử kết hợp
hybrid kiểu nối tiếp – song song gồm đồng cơ đốt trong ZMZ 5243, hai máy
điện 4APA 2E160M dùng cho nghiên cứu đặc tính tốc độ kéo, tính kinh tế
nhiên liệu và ô nhiễm môi trường của xe tải.
Hình 1.12 – Bệ thử kết hợp nguồn công suất hybrid kiểu nối tiếp – song
song tại trường Đại học Tổng hợp Kỹ thuật Quốc Gia MGTU MAMI

33. 23
Trường đại học Tổng hợp kỹ thuật Nhiznhi Novgorod đã thiết kế chế
tạo thành công xe hybrid dựa trên nền xe IZ 2106 “Oda” giúp tang tính kinh
tế nhiên liệu từ 24 – 32% ở các chế độ làm việc.
Hình 1.13 – Bộ kết hợp công suất trên xe IZ 2106 - Oda
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Phát triển ô tô hybrid được xem là một trong những giải pháp quá độ
nhằm tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường
so với ô tô truyền thống. Về phương diện cấu tạo, ô tô truyền thống và ô tô
hybrid chỉ khác nhau cơ bản ở hệ thống động lực. Ngược lại, trong thiết kế và
khai thác kỹ thuật hệ thống động lực hybrid có sự khác biệt cơ bản so với
trường hợp ô tô truyền thống, bởi vì phương án hybrid chỉ có thể mang lại
hiệu quả mong muốn nếu lựa chọn và phối hợp một cách hợp lý và các nguồn
động lực sao cho chúng chỉ làm việc ở những chế độ tối ưu nhất có thể. Ở
Việt Nam đã có một số công trình công bố liên quan đến vấn đề này, tuy
nhiên sản phẩm của các công bố này chỉ dừng lại ở mô hình phục vụ cho đào
tạo, không đảm bảo vận hành lâu dài trên đường. Do vậy, đề tài “ Nghiên cứu
thiết kế bộ phối hợp công suất giữa các nguồn động lực trên ô tô hybrid” ứng
dụng trên xe thực tế là một đề tài mang tính thời sự và có ý nghĩa thực tiễn lớn
trong tình hình hiện nay.

34. 24
Chương II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC
TRÊN Ô TÔ HYBRID
Mục tiêu của chương này là nghiên cứu, phân tích các phương án phối
hợp nguồn động lực trên ô tô Hybrid làm cơ sở cho việc lựa chọn phương án
thiết kế của đề tài.
2.1 PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID VỚI HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC KIỂU NỐI TIẾP
Trên hình 2.1 trình bày hệ thống truyền lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp, có
hai nguồn cấp cho một động cơ điện để đưa xe di chuyển. Nguồn năng lượng
chính là động cơ đốt trong được nối với một máy phát điện. Đầu ra của máy
phát được nối với nguồn điện nhờ bộ chuyển đổi (bộ chỉnh lưu). Nguồn thứ
hai là một bộ ác qui được nối tới hệ thống thông qua một bộ chuyển đổi
DC/DC. Nguồn điện được nối tới bộ điều khiển của động cơ kéo. Động cơ
kéo có thể được điều khiển ở chế độ động cơ hoặc máy phát và có thể đổi
chiều chuyển động tiến hoặc lùi. Hệ thống truyền lực kiểu này cần một bộ sạc
để sạc cho ác qui từ lưới điện[6,7, 14,15].
Ô tô với hệ thống truyền lực kiểu nối tiếp có thể vận hành ở các chế độ sau:
- Chế độ thuần điện: động cơ đốt trong tắt, ô tô được kéo từ ác qui
- Chế độ thuần động cơ: Công suất kéo của ô tô được cung cấp từ động
cơ – máy phát, trong khi ác qui không cung cấp và không nhận năng lượng từ
hệ thống truyền động. Các máy điện hoạt động như hệ thống truyền lực từ
động cơ đến các bánh xe bị động.
- Chế độ hybrid: công suất kéo được rút ra từ cả động cơ- máy phát và ác
qui.
- Chế độ động cơ kéo và nạp cho ác qui: Cụm động cơ máy phát cung
cấp năng lượng để nạp cho ác qui và cung cấp năng lượng để xe di chuyển.
- Chế độ phanh tái sinh: Cụm động cơ – máy phát tắt, động cơ kéo hoạt
động như một máy phát. Năng lượng sinh ra được nạp cho ác qui.

35. 25
- Chế độ nạp ác qui: Động cơ kéo không nhận năng lượng và cụm động
cơ – máy phát nạp cho ác qui
- Chế độ nạp ác qui hybrid: cả cụm động cơ máy phát và động cơ kéo
hoạt động như một máy phát để cùng nạp cho ác qui.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô hybrid kiểu nối tiếp
nối tiếp trình bày ở trên hình 2.1, việc kết hợp các nguồn năng lượng sơ
cấp và thứ cấp với nhau thực hiện bằng điện mà không có kết nối cơ khí nào.
Ưu điểm của sơ đồ nối tiếp:
- Động cơ được tách hoàn toàn không có liên hệ cơ khí với bánh xe bị
động. Vì vậy, có thể vận hành ở bất kỳ điểm nào trên đường đằng tính tốc độ.
Do đó, nó có thể hoạt đông ở vùng hiệu suất lớn nhất. Hiệu suất và mức độ ô
nhiễm của động cơ có thể cải tiến nhờ tối ưu hóa thiết kế và điều khiển trong
vùng hẹp, điều này dễ dàng hơn và cho phép đạt hiệu quả cao hơn khi tối ưu
trong toàn bộ dải làm việc. Ngoài ra, do tách liên hệ cơ khí giữa động cơ từ
bánh bị động cho phép sử dụng vùng tốc độ động cơ cao.
- Do động cơ điện gần có đặc tính mô men – tốc độ lý tưởng, nên
không cần đến hộp số nhiều cấp số. Vì vậy, làm giảm giá thành và đơn giản

36. 26
cấu trúc. Ngoài ra, thay vì việc sử dụng một động cơ điện và một bộ vi sai, có
thể sử dụng hai động cơ điện, mỗi động cơ dẫn động một bánh xe. Điều này
tạo ra khả năng tách tốc độ giữa các bánh xe giống như bộ vi sai đồng thời
cũng tạo ra giới hạn trượt với mục đích điều khiển. Tối ưu là sử dụng 4 động
cơ, tạo cho ô tô có 4 bánh chủ động mà không cần có bộ vi sai và bán trục.
- Làm đơn giản hóa việc điều khiển.
Nhược điểm của sơ đồ nối tiếp:
- Năng lượng từ động cơ bị biến đổi hai lần từ cơ năng thành điện năng
máy phát và điện năng thành cơ năng trong động cơ kéo;
- Trang bị thêm máy phát làm tăng trọng lượng và chi phí chế tạo xe;
- Động cơ kéo phải có kích thước lớn bởi vì nó là động cơ duy nhất tạo
ra sự chuyển động của xe.
2.2 PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID VỚI HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC KIỂU SONG SONG
Khác với sơ đồ nối tiếp ở trên, đối với hệ thống truyền động hybrid
kiểu song song lại việc kết hợp các nguồn động lực với nhau thực hiện bằng
kết nối cơ khí, trong đó động cơ cung cấp năng lượng của chúng thông qua bộ
truyền cơ khí (hình 2.2) tới các bánh xe chủ động giống như trong ô tô trang
bị động cơ đốt trong thông thường. Để thực hiện điều này có thể sử dụng bộ
kết nối mô men hoặc bộ kết nối tốc độ.

37. 27
Hình 2.2. Sơ đồ song song
2.2.1. Sơ đồ song song dùng bộ kết nối mômen
Hình 2.3. Sơ đồ bộ kết nối mômen
Trên hình 2.3 trình bày sơ đồ bộ kết nối mô men gồm có 3 cổng và có 2
bậc tự do. Cổng 1 là đầu vào đơn hướng, cổng 2 và 3 là cổng ra hoặc vào 2
chiều, nhưng cả 2 không cùng là cổng vào một lúc. Cổng 1 kết nối trực tiếp
với động cơ đốt trong hoặc thông qua 1 hộp số cơ khí. Cổng 2 kết nối trực
tiếp với trục của mô tơ điện hoặc qua 1 hộp số cơ khí. Cổng 3 kết nối với
bánh xe chủ động qua liên kết cơ khí.

38. 28
Nếu bỏ qua tổn thất và giả sử cổng 2 đang là cổng vào thì năng lượng ra
bánh xe là :
T3ω3 = T1ω1+ T2ω2 .
Mômen ở cổng ra có thể được biểu diễn :
T3 = k1T1+k2T2 (2.1)
với k1 và k2 là tham số cấu trúc của bộ kết nối mômen.
Vận tốc góc ω1, ω2 và ω3 quan hệ với nhau :
ω3 = ω1/k1 = ω2/k2 (2.2)
Thiết bị kết nối mômen có rất nhiều kiểu khác nhau, trên hình 2.4 trình
bày một số thiết bị cơ bản như: bộ truyền bánh răng, bộ truyền xích hoặc
truyền đai hay sử dụng trực tiếp mô tơ điện. Mỗi thiết bị sẽ cho một giá trị
thông số k1 và k2 khác nhau.
Hình 2.4. Một số thiết bị kết nối mômen
Do tính đa dạng của bộ kết nối mômen nên hệ thống truyền lực hybrid
song song có nhiều sơ đồ khác nhau. Dựa trên bộ kết nối mômen được dùng,

39. 29
sơ đồ 1 hoặc 2 trục sẽ được sử dụng. Trong mỗi sơ đồ, hộp số có thể được đặt
tại các vị trí khác nhau dẫn đến đặc tính kéo khác nhau.
Hình 2.5. Sơ đồ hai trục với hộp số đặt trước
Hình 2.6. Sơ đồ hai trục với bộ kết nối mô men đặt trước hộp số
Trên đây là sơ đồ 2 trục của hệ thống truyền lực hybrid, trong đó bộ kết
nối được sử dụng là kiểu hộp giảm tốc với 2 cặp bánh răng ăn khớp ngoài.
Hộp số được đặt giữa bộ kết nối mômen và bánh xe chủ động. Hộp số tăng

40. 30
cường mômen của cả động cơ và mô tơ điện với cùng tỷ lệ. Sơ đồ này sẽ thích
hợp khi động cơ và mô tơ điện tương đối nhỏ được sử dụng.
Hình 2.7. Sơ đồ 1 trục với hộp số đặt sau động cơ
Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống truyền lực song song với động cơ điện đặt sau
hộp số
Trên hình 2.7 và 2.8 là cấu trúc đơn giản và gọn nhẹ nhất của bộ kết
nối mômen của ô tô hybrid kiểu song song, sơ đồ 1 trục, roto của mô tơ điện

41. 31
có chức năng như 1 bộ kết nối mômen (với k1=1 và k2=1). Mô tơ điện có thể
đặt giữa động cơ và hộp số hoặc ở giữa hộp số và truyền lực cuối. Trong hình
trên mômen của cả động cơ và mô tơ điện được biến đổi bởi hộp số. Tuy
nhiên, động cơ và mô tơ điện được yêu cầu có dải tốc độ như nhau. Sơ đồ này
được dùng với loại mô tơ nhỏ, được gọi là hệ thống truyền lực hybrid nhẹ,
trong đó chức năng của động cơ điện như 1 máy khởi động, 1 máy phát điện,
1 động cơ phụ và cho phanh tái sinh.
 Ưu điểm của sơ đồ:
- Kết cấu nhỏ gọn, đơn giản;
- Đặc tính kéo của xe gần giống với đặc tính tối ưu
- Hiệu suất cao do ít tổn hao qua bộ truyền.
 Nhược điểm của sơ đồ:
Hai nguồn động lực cần có dải tốc độ như nhau do ở chế độ hybrid tốc độ
trục ra phải tỉ lệ với cả tốc độ của động cơ đốt trong và động cơ điện.
2.2.2.Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ
Hình 2.9. Sơ đồ bộ kết nối tốc độ
Năng lượng được cung cấp bởi 1 nguồn năng lượng có được kết nối
cùng nhau bằng cách cộng tốc độ của chúng. Tương tự bộ kết nối mômen, bộ
kết nối tốc độ có sơ đồ hình 2.9 cũng gồm 3 cổng – 2 bậc tự do. Cổng 1 kết
nối với động cơ đốt trong với dòng năng lượng đơn hướng. Cổng 2 và 3 có thể
kết nối với mô tơ điện hoặc truyền lực cuối, cả 2 đều với dòng năng lượng 2
chiều.

42. 32
Bộ kết nối tốc độ cơ khí có thuộc tính:
ω3 = ω1k1 + ω2k2 (2.3)
với k1 và k2 là hằng số kết hợp với cấu trúc và hình học được thiết kế.
Hình 2.10. Hệ bánh răng hành tinh Willson
Đối với các tốc độ ω1, ω2 và ω3 ở các khâu, có hai giá trị độc lập với
nhau và có thể điều khiển độc lập. Do sự ràng buộc của bảo toàn năng lượng,
mômen xoắn được liên kết cùng nhau bởi :
T3 = T1/k1 = T2/k2 (2.4)
Một thiết bị kết nối tốc độ điển hình là hệ bánh răng hành tinh như trình
bày trên hình 2.10.
Hệ bánh răng hành tinh gồm 3 cổng đơn vị: bánh răng mặt trời, bánh
răng bao và cần dẫn được đánh số 1, 2, 3 tương ứng trên hình.
Với ig = R2/R1 = Z2/Z1 ta có mối quan hệ tốc độ và mômen như sau :

43. 33
Thiết bị khác được sử dụng như một bộ kết nối tốc độ là mô tơ điện với
stato không cố định (được gọi là transmoto). Có thể coi mô tơ gồm có stato cố
định với khung như 1 mô tơ truyền thống, và có 2 roto – roto trong và roto
ngoài. Roto ngoài, roto trong và khoảng không khí là 3 cổng như hình 2.11
Hình 2.11. Động cơ điện có stato không cố định
Năng lượng điện được biến đổi thành năng lượng cơ trong khoảng
không khí.
Hình 2.12. Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu
hệ bánh răng hành tinh

44. 34
Tốc độ của mô tơ, trong điều kiện thông thường, là tốc độ tương đối của
roto trong với roto ngoài. Quan hệ tốc độ có thể được biểu diễn : ωor = ωir +
ωoi ,và quan hệ mômen :
Tor = Tir = Te .
Tương tự thiết bị kết nối mômen, bộ kết nối tốc độ có thể sử dụng để
cấu thành hệ thống truyền lực hybrid. Với 2 loại thiết bị kết nối tốc độ dùng
hệ bánh răng hành tinh hay transmotor, ta cũng có 2 sơ đồ khác nhau trình bày
trên hình 2.12 và 2.13
Như đã phân tích về bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng hành tinh ở
trên, để thay đổi chế độ hoạt động của xe ta bố trí thêm cơ cấu khóa 1 và 2.
Khi khóa 1 hoạt động, năng lượng truyền từ động cơ đốt trong sẽ bị ngắt, còn
khi khóa 2 hoạt động bánh răng bao của hệ hành tinh đứng yên tức là năng
lượng truyền từ động cơ điện bị ngắt. Khi cả hai khóa mở, xe hoạt động chế
độ hybrid –cả hai động cơ cùng truyền năng lượng tới bánh xe chủ động.
Hình 2.13. Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu
transmoto
Cũng hoàn toàn tương tự với sơ đồ hình 2.12, trên hình 2.13 khóa 1 và ly
hợp 2 được sử dụng để khóa roto ngoài với khung và roto ngoài với roto

45. 35
trong, tương ứng. Trạng thái của hai ly hợp và khóa quyết định đến chế độ
hoạt động của xe.
Ưu điểm của sơ đồ: đảm bảo tính linh hoạt về phương diện tốc độ của hai
động cơ, tránh được hiện tượng cưỡng bức tốc độ của 1 trong 2 nguồn khi tốc
độ làm việc khác nhau.
Nhược điểm của sơ đồ: kết cấu hệ bánh băng hành tinh cồng kềnh, còn
transmotor phức tạp yêu cầu chế tạo chính xác cao.
2.3 PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID VỚI HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC KIỂU HỖN HỢP
Bằng việc sử dụng tổ hợp các kết nối kiểu mômen và tốc độ, có thể thiết
lập hệ thống truyền lực hybrid mà trong đó trạng thái kết nối mômen và kết
nối tốc độ có thể được lựa chọn xen kẽ như trình bày trên hình 2.14.
Hình 2.15. Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc
độ với hệ bánh răng hành tinh

46. 36
Khi chế độ kết nối mômen được chọn, khóa 2 khóa bánh răng bao của hệ
hành tinh với khung xe trong khi ly hợp 1 và 3 đóng còn ly hợp 2 mở. Công
suất của động cơ và mô tơ điện được cộng cùng nhau bằng cách cộng mômen
của chúng thông qua bánh răng Za ,Zb và ly hợp 3 tới trục bánh răng mặt trời.
Trong trường hợp này, hệ bánh răng hành tinh chỉ có nhiệm vụ như 1 bộ giảm
tốc. Tỷ số truyền từ bánh răng mặt trời tới cần dẫn :1/3 = 1+ig .
Khi chế độ kết nối tốc độ được chọn là chế độ hoạt động hiện hành, ly
hợp 1 và 2 đóng trong khi ly hợp 3 mở, và khóa 1 và 2 giải phóng bánh răng
mặt trời và bánh răng bao. Tốc độ của cần dẫn, kết nối tới bánh xe chủ động
,là sự kết hợp của tốc độ động cơ và mô tơ. Nhưng mômen của động cơ, của
mô tơ điện và trên bánh xe chủ động giữ quan hệ cố định với nhau.
Với tùy chọn giữa kết nối mô men và kết nối tốc độ, cho phép xác định
phương pháp và khu vực làm việc của các nguồn động lực để tối ưu hóa công
suất của chúng. Ví dụ, khi tốc độ ô tô nhỏ hơn tốc độ xác định Vb, mà dưới
tốc độ này động cơ không thể làm việc ổn định với chế độ kết nối mô men,
kết nối tốc độ. Trong trường hợp này, động cơ điện làm việc như một máy
phát và chuyển phần công suất của động cơ thành công suất điện và lưu trữ
trong ác qui. Khi tốc độ động cơ cao hơn tốc độ Vb và nhỏ hơn tốc độ Vu chế
độ cộng mô men có thể được sử dụng cho mục đích leo dốc hay tăng tốc. Tuy
nhiên, khi tốc độ ô tô cao hơn tốc độ Vu, chế độ cộng tốc độ có thể được sử
dụng để ngăn tốc độ cao làm tăng tiêu hao nhiêu liệu. Trong trường hợp này,
động cơ điện làm việc và truyền công suất đến hệ thống truyền lực.

47. 37
Hình 2.16. Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid sử dụng xen kẽ bộ kết nối mô
men và tốc độ với một transmotor
Ngoài sơ đồ hình 2.15 có rất nhiều sơ đồ sử dụng hỗn hợp kết nối
mômen và tốc độ bắng cách dùng xen kẽ các sơ đồ của hai kiểu bộ kết nối. Bộ
truyền bánh răng hành tinh trên sơ đồ hình 2.15 có thể thay thế bằng một
transmotor để tạo ra kết cấu truyền lực hybrid như hình 2.16.
Khi ly hợp 1 đóng để nối trục động cơ với với transmotor, ly hợp 2 được
mở và trục động cơ từ rotor của transmotor và khóa được kích hoạt để stato
của transmotor được nối với khung xe. Hệ thống truyền lực làm việc ở chế độ
cộng mô men. Mặt khác, khi ly hợp 1 được ngắt và ly hợp 2 được nối, khóa
được nhả ra, hệ thống truyền lực làm việc ở chế độ cộng tốc độ.
Trường hợp sử dụng cả bộ kết nối mô men và tốc độ được ứng dụng trên
ô tô Toyota Prius. Sơ đồ hệ thống truyền lực này được minh họa trên hình.

48. 38
Hình 2.17. Sơ đồ kết hợp bộ kết nối mô men và tốc độ trên xe Toyota Prius
Một động cơ nhỏ hoặc máy phát (một vài KW) được kết nối thông qua
một bộ truyền hành tinh (kết nối tốc độ). Bộ truyền hành tinh chia tốc độ động
cơ đốt trong thành hai tốc độ theo công thức 2.3, một đường đưa tới động cơ
thông qua bánh răng mặt trười và đường còn lại đưa tới bánh xe bị động thông
qua bánh răng bao và một trục cố định ( cộng mô men). Một động cơ kéo lớn
(vài chục KW) cũng được kết nối tới bộ truyền bành răng tới bộ cộng mô men
của truyền động song song. Ở tốc độ thấp, động cơ nhỏ làm việc với tốc độ
dương và tiếp nhận công suất từ động cơ đốt trong. Bởi vì tốc độ ô tô tăng và
tốc độ động cơ đượ cố định với một giá trị cho trước, tốc độ động cơ điện
giảm tới 0. Đây được gọi là đồng tốc. Ở tốc độ này khóa sẽ thực hiện khóa
rotor và stato với nhau. Sau đó hệ thống truyền lực là song song. Khi tốc độ ô
tô lớn, để tránh tốc độ quá cao, dẫn tới tiêu thụ nhiều nhiên liệu, động cơ điện
nhỏ có thể làm việc với tốc độ âm và truyền công suất tới hệ thống truyền lực.
Việc tiết kiệm nhiên liệu có thể thực hiện khi bộ truyền hành tinh và động cơ
nhỏ được sử dụng để điều chỉnh tốc độ để làm việc ở dải tốc độ tối ưu.

49. 39
Hình 2.18. Sơ đồ kết hợp bộ kết nối mô men sử dụng transmotor
Động cơ nhỏ và bộ truyền hành tinh có thể thay thế bằng một
transmotor độc lập như hình 2.19. Hệ thống truyền lực này có đặc tính tương
tự với sơ đồ như trên hình.
Hình 2.19. Sơ đồ hệ thống truyền lực sử dụng các bộ kết nối với
1 transmotor

50. 40
2.4. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.4.1. Cơ sở thiết kế
Khi thiết kế bộ cộng công suất cho xe hybrid cần quan tâm đến mục tiêu
kỹ thuật hay các thông số xác định trước của xe. Các thông số này thường
nằm trong yêu cầu kỹ thuật của xe, cụ thể là:
- Trọng tải xe: là số lượng người và hàng hóa cần chuyên chở;
- Vận tốc chuyển động lớn nhất của xe;
- Khả năng vượt chướng ngại vật của xe.
+ Nhiệm vụ cần giải quyết khi tính toán thiết kế bộ kết hợp công suất:
- Xác định trọng lượng xe;
- Xác định tổng số cầu xe và số cầu chủ động;
- Xác định công suất các động cơ dựa trên việc phân tích lực và mô men
tác dụng lên ô tô làm cơ sở cho việc chọn động cơ có sẵn hoặc yêu cầu thiết
kế động cơ mới;
- Xác định khoảng vận tốc, số lượng số truyền và vận tốc chuyển động
của xe ở từng tay số;
- Tính toán kiểm nghiệm để kiểm tra xem các thông số tính được có phù
hợp với các thông số theo yêu cầu đã cho hay không.
Nhiệm vụ thiết kế trong đề tài này cụ thể là thiết kế bộ kết hợp công suất
cho ô tô hybrid với các thông số kỹ thuật chính như sau:
- Xe chở 05 người, có tổng khối lượng 800kg;
- Vận tốc lớn nhất của xe: 50km/h;
- Góc dốc lớn nhất: lớn hơn 200
.
2.4.2. Lựa chọn phương án thiết kế

51. 41
Qua phân tích các sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid cho thấy mỗi loại có
ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ ra rằng sơ đồ nối tiếp
hiện nay ít được sử dụng, sơ đồ phổ biến được các hãng ô tô hàng đầu thế giới
sử dụng đó là sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid kiểu hỗn hợp. Đối với các sơ
đồ này phải có bộ kết hợp hoặc phân phối công suất giữa các nguồn động lực
trên xe. Một khó khăn lớn nhất khi nghiên cứu chế tạo mô hình thực đó là chi
phí gia công theo đúng phương án thiết kế, thời gian thực hiện, vật tư chế tạo
và chất lượng chế tạo các cụm chi tiết của mô hình. Do vậy, để đạt được mục
tiêu của đề tài là nghiên cứu cơ sở lý thuyết và chế tạo bộ kết hợp công suất
cho ô tô hybrid, trong khuôn khổ của luận văn này tác giả đề xuất một mô
hình bộ kết hợp công suất cho ô tô hybrid 05 chỗ, hai cầu với cầu sau chủ
động như trên hình 2.20, trong đó một số cụm chi tiết tác giả nghiên cứu chế
tạo, một số còn lại được tận dụng từ một số cụm chi tiết có sẵn trên thị trường.
Hình 2.20. Sơ đồ phương án thiết kế hệ thống truyền lực ô tô hybrid 5
chỗ
Thiết kế các chế độ hoạt động của sơ đồ:
- Chế độ chỉ động cơ đốt trong làm việc :

52. 42
Hình 2.21. Chế độ động cơ đốt trong
Khi làm việc ở chế độ này, động cơ điện được điều khiển ngắt, bộ đồng
tốc ở vị trí trung gian, hộp số ở vị trí tay số nào đó, động cơ đốt trong hoạt
động truyền công suất qua hộp số, các đăng 2 đến các bánh xe chủ động.
- Chế độ chỉ động cơ điện làm việc:
Hình 2.22. Chế độ động cơ điện
Khi làm việc ở chế độ này, động cơ đốt trong được điều khiển ngắt, hộp
số ở vị trí trung gian. Động cơ điện làm việc, lúc này đồng tốc có thể gạt sang
trái (số truyền nhanh) hoặc gạt sang phải ( số truyền chậm), công suất từ động
cơ được truyền qua cặp bánh răng Z1Z’1(tương ứng với số truyền nhanh)

53. 43
hoặc cặp bánh răng Z2Z’2 (tương ứng với số truyền chậm) đến bánh răng Z3
và đưa đến bánh xe chủ động.
- Chế độ hybrid:
Hình 2.23. Chế độ hybrid
Ở chế độ này cả động cơ điện và động cơ đốt trong được điều khiển ở
chế độ làm việc. Hộp số ở vị trí gài số nào đó, bộ đồng tốc của hộp phối hợp
công suất được gạt sang trái hoặc phải. Khi này công suất từ động cơ điện và
động cơ đốt trong đều được đưa qua bộ phối hợp công suất đến các bánh xe
chủ động.
- Chế độ phanh tái sinh:
Hình 2.24. Chế độ phanh tái sinh

54. 44
Ở chế độ này động cơ điện đang làm việc, bộ đồng tốc gạt sang trái hoặc
phải tương ứng với số nhanh và số chậm của hộp phối hợp công suất. Khi
phanh động cơ điện nhận năng lượng từ bánh xe hoạt động như một máy phát
biến cơ năng thành điện năng nạp cho ắc qui.
- Chế độ động cơ đốt trong nạp điện cho ắc quy :
Ở chế độ này, động cơ điện được điều khiển quay ngược lại hoạt động như
một máy phát, nhận năng lượng từ động cơ đốt trong biến nó thành điện năng
và chuyển tới nạp cho ắc qui.
Hình 2.25. Chế động cơ đốt trong nạp điện cho ácqui
KẾT LUẬN CHƯƠNG 02
Hiện nay, các ô tô hybrid được sử dụng phổ biến với hai nguồn động
lực chính là động cơ đốt trong truyền thống và động cơ điện. Trên phương
diện sử dụng các bộ kết nối để kết hợp các nguồn động lực này có thể chia các
sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô hybrid thành 3 loại: nối tiếp, song song và hỗn
hợp. Với mỗi sơ đồ đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, trên cơ sở
phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ, điều kiện kỹ thuật và vật tư chế tạo,
tác giả đã lựa chọn sơ đồ thiết kế hệ thống truyền lực hybrid theo sơ đồ song
song với bộ kết hợp công suất kiểu kết nối mô men để ứng dụng trên xe
hybrid 5 chỗ TNUT.

55. 45
CHƯƠNG III.
THIẾT KẾ BỘ KẾT HỢP CÔNG SUẤT
Nội dung của chương này bao gồm việc thiết kế, tính toán các cụm chi
tiết chính của bộ kết hợp công suất kiểu kết nối mô men, lắp ráp và tiến hành
thử nghiệm trên xe thực để kiểm chứng hoạt động của bộ công suất đã thiết
kế.
3.1. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC NGUỒN ĐỘNG LỰC TRÊN Ô TÔ
HYBRID
Theo phương án đã trình bày trong chương 2. Bộ kết hợp công suất
được thiết kế cho ô tô hybrid kiểu song song cho phép ô tô có thể làm việc ở
các chế độ: động cơ điện độc lập, động cơ đốt trong độc lập và chế độ hybrid.
Do vậy các nguồn động lực này được chọn sao cho phải đảm bảo hoạt động
của ô tô theo yêu cầu đối với từng chế độ vận hành.
Hình 3.1. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô hybrid
Yêu cầu chung đối với ô tô thiết kế:
- Xe chở được 05 người
- Trọng lượng tối đa: 1000 kg

56. 46
Chế độ động cơ điện độc lập: Do động cơ điện có ưu điểm là phát ra
mô men lớn ngay ở số vòng quay rất nhỏ nên sẽ ưu tiên sử dụng khi ô tô di
chuyển ở tốc độ thấp, làm việc trong đô thị, trên đường bằng phẳng độ dốc
nhỏ. Vận tốc tối đa đạt được khoảng 40 km/h, góc dốc mặt đường lớn nhất
khắc phục được 150
.
Chế độ động cơ xăng độc lập: Do động cơ xăng không phát ra công
suất lớn nhất ở số vòng quay nhỏ đồng thời ở số vòng quay nhỏ suất tiêu hao
nhiên liệu lớn, phát thải nhiều thành phần độc hại trong khí thải nên chế độ
động cơ xăng độc lập được ưu tiên sử dụng khi ô tô di chuyển ở tốc độ trên 30
km/h, vận tốc lớn nhất đạt được 120km/h. Ngoài ra ưu tiên sử dụng động cơ
xăng khi vận hành ở điều kiện đường dốc, xấu.
Chế độ hybrid: Khi cần khắc phục lực cản lớn
Công suất cần thiết của động cơ để tạo ra lực kéo Pk nhằm khắc phục
lực cản lăn của đường, lực cản lên dốc Pi, lực cản quán tính Pj và lực cản
không khí Pw (hình 3.1).
Theo các công thức tính trong Lý thuyết ô tô [17], ta có phương trình
cân bằng lực kéo như sau:
Fk=Fr + Fi + Fj +Fa (3.1)
Trong đó:
Lực cản lăn được xác định như sau:
Fr=G.r (3.2)
f - hệ số cản lăn
Fi= G.sinα (3.3)
α – góc dốc của đường
Lực cản không khí:
Fa= k.F.v0
2
(3.4)
k – hệ số cản không khí, đối với xe con vỏ hở k=0,40,5 (Ns/m4
)
F=0,8.B.H – diện tích cản chính diện của ô tô

57. 47
B – chiều rộng của ô tô
H – chiều cao của ô tô
v0 – vận tốc chuyển động tương đối của ô tô
Lực cản quán tính:
F j
G
i j (3.5)
g
i – hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay của ô tô
hybrid
j – gia tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô
Tổng các lực cản chuyển động của ô tô:
2 G
Fc G. f G. sin k .F .v0  j (3.6)
g
Công suất cản chuyển động Nc của xe được xác định như sau:
Nc=Fc.v (3.7) Công suất cần thiết của động cơ được chọn để cân bằng
với lực cản
chuyển động được chọn như sau:
Nk=Nc/ (3.8)
trong đó - là hiệu suất của hệ thống truyền lực từ động cơ đến bánh xe chủ
động.
3.1.1. Chọn động cơ điện
Theo yêu cầu thiết kế, động cơ điện sử dụng khi ô tô chuyển động với
vận tốc nhỏ, tối đa là 40 km/h, góc dốc lớn nhất xe có thể khắc phục là 150
.
Khi tính toán ở vận tốc chuyển động tối đa ta coi xe chuyển động không quán
tính và góc dốc bằng 00
. Các thông số khác được chọn như sau:
- Hệ số cản lănr=0,028;
- Chiều rộng toàn bộ ô tô B=1,6(m)
- Chiều cao toàn bộ ô tô H=1,4 (m)
- Hệ số cản không khí k=1,4 (Ns/m4
)

58. 48
- Vận tốc v=40km/h =11,11 (m/s)
- Hiệu suất của hệ thống truyền lực=0,95
Trong trường hợp này, lực cản tổng cộng theo công thức (3.6) được
tính như sau:
Fc Fr Fa m. g . f 0,8.k .B.H .v0
2
 1000.9,81.0, 028 0,8.1, 4.1, 6.1, 4.11,11
2
 302, 56(N )
Công suất cản tổng cộng:
Nc=Fc.v= 302,56.11,11=3361,7 (W)
Công suất cần thiết của động cơ điện:
Nk=Nc/ =3361,7/0,95=3538,66 (W) 3,54 (KW)
Dựa trên tính toán này ta chọn động cơ điện XP-2067-S, với các thông
số kỹ thuật sau:
- Công suất N = 3,7 [kW]
- Số vòng quay định mức : 2500 [vg/ph]
- Đặc tính momen của động cơ:
Với giá trị λ=1 ta có
1
n
30
.
 261, 67[ rad / s]
Có ω2=ω1.λ2 (λ2=0,95)
Ta lập bảng giá trị ( bảng 3.1)
Từ bảng giá trị MM,P,n ta suy ra được đồ thị đặc tính mô men của
động cơ điện (hình 3.2).
Bảng 3.1. Đặc tính mô men động cơ điện
n[v/ph] 250 500 1000 1500 2000 2500
P[kW] 0,393 0,785 1,571 2,356 3,141 3,7
MM[N.m] 15 15 15 15 15 15
n[v/ph] 3000 3500 4000 4500 5000
P[kW] 3,7 3,7 3,7 3,7 3,7
MM[N.m] 11,78 10,1 8,834 7,852 7,067

59. 49
- Nhận xét:
+ Từ 250[vg/ph] – 2500[vg/ph] mô men của động cơ điện không đổi và đạt ở
mức cực đại, trong khi đó công suất động cơ biến thiên từ 0 đến cực đại là 3,7
[kW].
+ Từ 2500 [vg/ph] trở đi mô men giảm, công suất động cơ giữ nguyên.
Hình 3.2. Đặc tính momen động cơ điện
3.1.2. Chọn động cơ xăng
Tương tự như cách tính chọn động cơ điện, động cơ xăng được tính
chọn sao cho công suất của động cơ đảm bảo được chế độ làm việc độc lập
theo yêu cầu. Trong đề tài này ưu tiên sử dụng động cơ xăng trong những
trường hợp tải nặng như lên dốc, gia tốc ô tô.
Trong trường hợp ô tô chuyển động trên đường bằng, tiến hành gia tốc
ô tô từ vận tốc 40km/h với gia tốc 2m/s, giá trị lực cản tổng cộng như sau:
Fc Fr Fa F j m. g . f 0,8.k .B.H .v0
2
i mj
1000.9,81.0, 028 0,8.1, 4.1, 6.1, 4.11,112
1, 08.1000.2 2482,176(N )
Công suất cản tổng cộng:
Nc=Pc.v= 2482,176.11,11= 27579,73(W)

60. 50
Công suất cần thiết của động cơ xăng:
Nk=Nc/ =27579,73/0,95=29031,04 (W) 29 (KW)
Tiến hành tính toán với một số trường hợp khác khi sử dụng động cơ
xăng, và trên điều kiện kinh phí hiện có ta chọn động cơ Daewoo F10A với
các thông số Ne=31[kW], nN=5500 [vp/ph].
- Xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ xăng
Vận tốc góc :N
3,14.n
N
3,14.5500
 575, 67[rad/ s]
30 30
Mô men quay : Me 9550.
N
e [N.m]
n
e
nhận giá trị : =(0,1-1,1)
Ta thu được bảng sau:
Bảng 3.2. Bảng đặc tính động cơ đốt trong
Lam-da ne [vg/ph] Me[N.m] Ne [W]
0,1 550 58,67 3,38
0,2 1100 62,44 7,19
0,3 1650 65,13 11,25
0,4 2200 66,75 15,38
0,5 2750 67,28 19,38
0,6 3300 66,75 23,06
0,7 3850 65,13 26,26
0,8 4400 62,44 28,77
0,9 4950 58,67 30,41
1 5500 53,83 31
1,1 6050 47,91 30,35

61. 51
Hình 3.3. Đường đặc tính ngoài của động cơ xăng
3.2. XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH TOÁN PHÂN PHỐI CÔNG
SUẤT
Để tiến hành tính toán phân phối công suất khi hệ thống truyền lực sử
dụng bộ kết hợp công suất đề xuất ở chương 2, tác giả sử dụng sơ đồ tính toán
trên hình 3.4. Các ký hiệu trên sơ đồ như sau:
Mjw – mô men quán tính tại các bánh xe;
Rz1 , Rz2 – hợp lực của các phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng
lên các bánh xe cầu trước và cầu sau;
Rx1 , Rx2 – hợp lực của các phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng
lên các bánh xe cầu trước và cầu sau;
Mk
e , Mk
m – lần lượt là mô men của động cơ đốt trong và của máy điện
qui dẫn về bánh xe chủ động;
Mr1, Mr2 – mô men cản lăn ở các bánh xe cầu trước và cầu sau;
Fj1 – lực quán tính chuyển động tịnh tiến của ô tô;
Fa – lực cản không khí;
MG - giá trị hiệu suất của máy phát khi biến đổi cơ năng thành điện
năng; ic, if, ig: lần lượt là các tỉ số truyền của bộ hợp dòng công suất,
truyền lực chính và của hộp số;

62. 52
µr: hệ số cản lăn;
Iw, IMG: momen quán tính của bánh xe và của máy điện
a)
b)
Hình 3.4. Sơ đồ tính toán phân phối công suất trên xe hybrid
Các lực và mô men tác dụng lên xe hybrid xác định như sau:
R 
M
r 1 M
jw1 ;
x1r
d1
Mk  M k
 M
r 2
 M
jw2
Rx 2
e m
r
d 2
M r 1 Rz 1 .r .rw0 ;
M r 2 Rz 2 .r .rw0 ;
n
dw
(3.9)
M
jw1
I
w ;
1 dt
M jw2m
Iw
dw
1 dt
Fj1
G
ga dV
dt ;
F
C
x
..F .V 2
a 2

63. 53
Trong đó các mô men của động cơ đốt trong Me và máy điện Mm
qui dẫn về bánh xe chủ động được xác định như sau:
- Mô men qui dẫn của động cơ đốt trong:
 d
(3.10)
M e
k
 M e I e
e

i
g
i
ft ;
dt
 
- Mô men qui dẫn của máy điện:
 dM


M
MI
M 
i
c
i
f
t1
;
khi lam o che do dong co
k  dt 

M
m 

U
MG
.I
MG
d
MG

i.i

  I  khi lam viec o che do may phat
MG f t1
 

MG dt
 c
  
(3.11)
Ta có phương trình cân bằng lực dọc theo phương chuyển động của ô
tô:
Rx 2 Rx1 F j 1 Fa (3.12)
Hay
Mk  M k
 M
r 2
 M
jw 2
M
r 1
 M
jw1 (3.13)
e m   F  F
j 1
r
d 2
r
d1
a
Thay các giá trị lực và mô men ở các công thức (3.9), (3.10), (3.11) vào
(3.13) ta có phương trình cân bằng lực kéo khi ô tô làm việc ở chế độ cả hai
động cơ kéo (hybrid), như sau:
 d  d  k d

M
e I
e
e

i
g
i
f

t 2

M
M I
M
M

i
c
i
f
t 1 R
z 2
.
r
.r
w 0
I
w
w
dt dt
   dt  1

r
w0
(3.14)
m dw
R
Z 1
.
r
.r
w 0
I
w G dV C FV 2

dt
 
1 a x
r g dt 2
w0
Có thể viết lại phương trình (6) như sau
M
e
i
g
i
f
t 2

M M ic .i f .t1

C x .. F .V 2
 Rz 1 Rz 2.r

r
w 0
r
w0 2
d w de dw
dM n m
 G dV I M .ic .i f . t 2I w  I e i g .i f .tIw  (3.15)
dt dt dt dt
 a
.  1 1

g dt r
w0 
 
 

64. 54
Gọi Pja là lực quán tính tương đương của ô tô hybrid, ta có:
dM m dw de k dw
G dV I M
i
c
.i
f
.
t 1
 I
w  I e
i
g
.i
f
.
t 2
I
w
 
dt dt dt dt (3.16)
P a 1 1
ja
g dt
r
w0
Mặt khác:
d
w
dV 1 d d
w
dV i f i g dM
d
w
dV ic .i f
 ; e
 i .i
f
 ;  .i .i
f
 .
dt dt
r
w 0 dt dt
g
dt rw0 dt dt
c
dt rw 0
Sau khi biến đổi ta có:
G  i 2
f i g
2
g i 2
f ic
2
g n g  dV
Pja
a
 1 I e  t  I M t

I
w 
g r 2
G G.r2
G .r 2
dt
 1 
 w 0 w 0 w0 
Gọia1 Ie 2 2 2 2 
I
w
g
2
i f 2ig gt IM i f ic 2gt
n
r G G.r
1
G.r
w 0 w 0 w0
Ta có: Pja
G
ga
a
dV
dt
Như vậy, phương trình cân bằng lực kéo (4) có thể viết lại như sau
M e .ig .i f .t 2 M M .ic .i f .t1 G dV C ..F.V 2
G.0.1 AV.
2

 
a
. a . 
x
r r g dt 2
w 0 w0
(3.17)
(3.18)
(3.19)
Phương trình (3.19) có thể sử dụng trong trường hợp làm việc bất kỳ
của cả hai động cơ dẫn động, hoặc làm việc độc lập của từng động cơ. Trong
trường hợp ô tô làm việc ở chế độ động cơ đốt trong và nạp điện cho acqui,
phương trình (3.19) có dạng:
M e .ig .i f .t U .I . MG .tG  a dV C ..F.V 2
G.01 AV. 2
 (3.20)
r V g dt
x
2
MG MG a
w 0
Từ phương trình (3.20) ta nhận được phương trình cân bằng công suất
của ô tô hybrid:
P .i .i .P PPP (3.21)
e g f tGM jar
Trong đó: PGM, Pj, Pa, Pr lần lượt là các công suất cần thiết cấp cho máy
phát, công suất khắc phục lực cản quán tính, lực cản không khí và lực cản lăn.
Có thể xác định các công suất này như sau[14-16]:

65. 55
PGMU GM .IGM .GM .t ; Pj
GdV
.V ; Pa
C ..F.V 3
; Pr G.0 .1 AV.
2
.V
.a .
x
g dt 2
(3.22)
Một cách tương tự như xây dựng phương trình (3.22) ta có thể xây dựng
phương trình cân bằng công suất ở các chế độ làm việc khác nhau của ô tô
làm cơ sở cho việc nghiên cứu phối hợp công suất giữa các nguồn động lực
cũng như thu hồi năng lượng tái sinh trên xe hybrid.
3.3. THIẾT KẾ BỘ KẾT HỢP CÔNG SUẤT
3.3.1. Chọn khoảng cách trục
Khoảng cách trục aω được tính theo công thức kinh nghiệm:
Trong đó: ka là hệ số kinh nghiệm.
ka=17 – 21,5 đối với hộp số phụ chọn
ka=18 Memax=269,82[N.m]

=116 [mm]

Chọn =120 [mm] gần nhất trong dãy tiêu chuẩn.
3.3.2. Chọn các thông số môđun và góc nghiêng của bánh răng
Modun pháp của bánh răng mn của các bánh răng trong hộp số thường
Chọn theo kinh nghiệm trong khoảng: mn=(0,032÷0,040).

mn=3,84÷4,8; ta chọn mn =4

Các bánh răng nghiêng trong hộp số oto được chế tạo với các răng
nghiêng để giảm độ ồn làm việc cũng như tăng độ bền của răng.Góc nghiêng
của răng được chọn trong khoảng: β= 20÷250
ta chọn β=250
.
3.3.3. Chọn số răng của các cặp bánh răng
- Ta có tỷ số truyền của cặp bánh răng 1 và 2 lần lượt là: i1=1,2 , i2=
2,123
- Xác định số răng:

66. 56
2 a .cos 2.120.cos 250
+ Số răng bánh nhỏ 1: Z11
w
  24,71
m(i1 1)  4.(1, 21)
Chọn số răng Z11 =25
+ Số răng bánh lớn 1: Z21 = 1,2.25=30
Chọn số răng Z21 =30
 tỉ số truyền thực: im = = =1,2
+ Số răng bánh nhỏ 2: Z12
2 a .cos

2.120.cos 250
17,4
w
m(i1 1) 4.(2,1231)
Chọn số răng Z12 =18
+ Số răng bánh lớn 2: Z22 = 2,123.18=38,2
Chọn số răng Z22 =38
 tỉ số truyền thực: im == = 2,111 ( 
3.3.4. Tính lại khoảng cách trục và bề rộng vành răng
- Tính lại khoảng cách trục:
Chọn
a
m.
2
Z
t
4.56
2 112
- Độ cứng vững của hộp số, tuổi thọ các bánh răng và các ổ bi và hệ số
sử dụng vật liệu hợp lý được tạo nên nhờ các tỷ lệ thích hợp giữa các phần tử
chính của hộp số.Vì vậy bề rộng răng được lựa chọn theo khoảng cách trục
với tỉ lệ b 78.mn 28÷32=> chọn b =30[mm]
3.3.5. Tính bền bánh răng
- Lực tác dụng lên bánh răng:

67. 57
Lực Bánh răng nghiêng
Lực vòng P P
Mt
rc
Lực hướng kính R R
P.tg
cos
Lực chiều trục Q Q P.tg
Trong đó:
-  : góc ăn khớp
-  : góc nghiêng răng
- Mt : mô men tính toán
- rc : bán kính còng tròn chia
Bảng 3.3. Bảng lực tác dụng lên bánh răng
TT Tên gọi Lực vòng P
Lực hướng kính Lực chiều
R trục Q
1 Cặp bánh răng số 1 4905,8 1970,15 918,69
2 Cặp bánh răng số 2 6793,05 2728,06 3167,65
- Tính bền bánh răng:
+ Tính sức bền uốn:
u 0, 024.
P
[MN/m2
]
b.mn.y
Trong đó:
- P: lực vòng tác dụng nên chi tiết đang tính
- b: chiều rộng làm việc của vành răng.
- mn: modun pháp tuyến
- y: hệ số dạng chân răng phụ thuộc chủ yếu vào hệ số dịch chỉnh và
được tra theo đồ thị.

68. 58
Bảng 3.4. Bảng giá trị sức bền uốn
Bánh răng Z Y  u
Z 11 25 0,113 8,68
Z 12 18 0,104 13,06

σu< [σu]=250[MN/m2
] Vậy thỏa mãn điều kiện bền uốn


+ Tính theo ứng suất tiếp xúc:
Đối với cặp bánh răng chế tạo cùng một vật liệu, tính toán ứng suất tiếp
xúc theo công thức, tương ứng với chế độ tải trọng.

tx  0,0418.
P .E  1

1 
[MN/m2
]
. 
b.cos 1


2
Trong đó:
. P: lực vòng
. E: mođun đàn hồi của vật liệu ( E 2,1.105
[ MN / m2
])
. b: chiều rộng vành răng
. : góc ăn khớp
.1 ,2 : bán kính cong của các bề mặt răng chủ động và thụ động tại
điểm tiếp xúc, tính theo m. ( Đối với bánh răng trụ răng thẳng 
d
w
.sin )
2
Bảng 3.5. Giá trị sức bền tiếp xúc
Cặp bánh răng 1

2

tx
Z 11 -Z 21 17,8 21,4 81,06
Z 12 -Z 22 12,5 26,7 101,9
= 101,9 [MN/ ]≤ [ ]
Thoả mãn điều kiện bền.
3.3.6. Tính toán trục hộp số