Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2015

138 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM BÔ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT TRANG BỊ TRÊN MÔ HÌNH XE HYBRID KIỂU HỖN HỢP

STUDY ON DESIGN, FABRICATION, TESTING OF POWER SPLIT DIVICE

EQUIPMENT ON MODEL SERIES-PARALLEL HYBRID ELECTRIC VEHICLE

Nguyễn Trí Thành1, Nguyễn Văn Nhận2

Ngày nhận bài: 12/12/2014; Ngày phản biện thông qua: 29/01/2015; Ngày duyệt đăng: 15/9/2015

TÓM TẮTBài báo này tóm tắt kết quả quá trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm bô phân phối công suất trang bị trên

mô hình xe hybrid kiểu hỗn hợp. Mô hình bô phân phối công suất được gắn lên mô hình ô tô hybrid 2 chỗ ngồi, phục vụ đào tạo tại Trường Đại học Nha Trang.

Từ khóa: Bô phân phối công suất; Ô tô hybrid; Ô tô lai; Ô tô hybrid kiểu hỗn hợp

ABSTRACTThis paper summarizes findings on the design, fabrication, testing of power splitting divice equipment on model

series-parallel hybrid vehicle. Model power split divice get mounting up model of two-passenger hybrid cars to serve teaching at Nha Trang University.

Keywords: Power split divice; Hybrid car; Hybrid vehicle; Series-parallel hybrid electric vehicle

1 Nguyễn Trí Thành: Cao học Cơ khí đông lực 2012 – Trường Đại học Nha Trang2 PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận: Trường Đại học Nha Trang

I. ĐẶT VẤN ĐỀ Xe hybrid là dòng xe sử dụng đông cơ tổ hợp,

được kết hợp giữa đông cơ chạy bằng năng lượng thông thường (xăng, Diesel…) với đông cơ điên lấy năng lượng điên từ môt ắc - quy cao áp. Điểm đặc biêt là ắc - quy được nạp điên với cơ chế nạp “thông minh” như khi xe phanh, xuống dốc…, gọi là quá trình phanh tái tạo năng lượng. Nhờ vậy mà xe có thể tiết kiêm được nhiên liêu khi vận hành bằng đông cơ điên đồng thời tái sinh được năng lượng điên để dùng khi cần thiết [3].

Xe hybrid kiểu hỗn hợp được trang bị môt cơ cấu đặc biêt có tên gọi là bô phân phối công suất (Power split divice – PSD). PSD có cấu trúc và hoạt đông tương tự như môt hôp số bánh răng hành tinh. Các bánh răng hành tinh hoạt đông như môt cơ cấu truyền đông biến đổi liên tục. Cụm bánh răng

hành tinh đóng vai trò như môt bô chia công suất có nhiêm vụ chia công suất từ đông cơ chính của xe thành hai thành phần có thể gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điên. Các bánh răng hành tinh có thể truyền công suất đến đông cơ chính, đông cơ điên-máy phát và các bánh xe chủ đông trong hầu hết các điều kiên khác nhau. Giá của các bánh răng hành tinh liên kết với ICE (đông cơ nhiêt) và được xem như đầu vào của hôp số, bánh răng mặt trời liên kết với MG1 (mô tơ điên - máy phát 1), vành răng liên kết với MG2 (mô tơ điên - máy phát 2) [2].

Ở Viêt Nam, xe hybrid được nhập khẩu nguyên chiếc. Bô PSD trong hê đông lực của xe hybrid đã được các nhà khoa học, cán bô kỹ thuật, sinh viên, học viên cao học… quan tâm nghiên cứu từ đầu những năm 2000. Tuy nhiên, viêc thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh bô PSD hiên rất cần đầu tư thời gian và

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 139

công sức. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiêm bô phân phối công suất trang bị trên mô hình xe hybrid kiểu hỗn hợp là bước tiếp theo quan trọng trong viêc sử dụng thiết bị, kỹ thuật, công nghê trong nước để chế tạo, lắp ráp, thử nghiêm, và hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn về kết cấu, nguyên ly bô PSD.

II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng: Bô phân phối công suất lắp đặt trên xe hybrid

Vật liêu, thiết bị: Thép C45, Máy CNC, Máy tính PC…vv

Phương pháp nghiên cứu: Tổng hợp ly thuyết từ đó ứng dụng vào thiết kế, chế tạo, thử nghiêm mô hình.

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

1. Thiết kế 1.1. Cơ sở thiết kế:

- Tính toán đảm bảo bền, đảm bảo kết cấu, nguyên ly của bô phân phối công suất trong hê đông lực xe hybrid kiểu hỗn hợp.

- Các tiêu chuẩn qui định cho viêc thiết kế kỹ thuật, thiết kế chế tạo v.v... 1.2. Chọn phương ána. Phương án 1: Chế tao theo mẫu của nhà sản xuất

* Ưu điểm:- Giảm thời gian thiết kế.- Chi tiết mới đúng tiêu chuẩn nhà sản xuất ôtô- Có khả năng cải hoán lắp ráp vào mô hình

tổng thành xe tại Bô môn Cơ điên tử.* Nhược điểm- Kết cấu mẫu là khối đóng kín rất khó quan sát,

khó tháo rời. - Giá thành mua khối kết cấu mẫu rất cao, phải

đặt hàng thời gian lâu dài.b. Phương án 2: Cải hoán sử dụng các chi tiết có sẵn trên thị trường

* Ưu điểm Kinh phí thực hiên thấp.* Nhược điểm- Các chi tiết vừa được chọn, vừa chế tạo nên

không đồng bô, không đảm bảo tính năng kỹ thuật (thực tế rất khó tìm kiếm các chi tiết bô phận của bô phân phối công suất trên thị trường vì xe loại này rất ít và mới chưa có hư hỏng đáng kể).

- Không chủ đông, viêc tính toán, chế tạo các chi tiết khác phụ thuôc vào viêc tìm kiếm các chi tiết có sẵn trên thị trường.

- Chưa thể hiên được tính sáng tạo về mặt thiết kế.c. Phương án 3: Thiết kế và chế tao mới toàn bộ mô hình

Với phương án này, viêc thiết kế, chế tạo mới các chi tiết mô hình bô phân phối công suất dựa trên tính toán và tự thiết kế... Đây là phương án đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức ly thuyết, cũng như kinh nghiêm thực tế mới chế tạo được mô hình.

* Ưu điểm- Do thiết kế, chế tạo mới hoàn toàn nên các chi

tiết đồng bô- Chủ đông về mặt thời gian chế tạo- Đảm bảo được tính ổn định và đô bền trong

viêc khai thác sử dụng mô hình- Tiếp cận, tận dụng được thiết bị, công nghê kỹ

thuật, kinh nghiêm của cơ sở sản xuất* Nhược điểm- Cần phải tìm kiếm công ty chế tạo tin cậy có

kinh nghiêm, trang thiết bị hiên đại để gia công các chi tiết đúng như thiết kế, bản vẽ kỹ thuật,…d. Lưa chọn phương án

Dựa vào 3 phương án đề xuất và phân tích ưu nhược ở trên và điều kiên thực tế thì cả hai phương án 1 và 2 không thể thực hiên vì thời gian thực hiên ngắn, khó có thể lựa chọn được chi tiết phù hợp hoặc chi phí đặt hàng nhập khẩu quá cao.

Phương án 3 thể hiên tính hợp ly cao, do đảm bảo được hầu hết các chỉ tiêu kỹ thuật đã đưa ra, phù hợp với trình đô kỹ thuật công nghê, thiết bị tại cơ sở và kinh phí của cá nhân . Vậy phương án 3 là phương án được chọn để chế tạo mô hình. 1.3. Thiết kế kỹ thuật:

Được trình bày bằng các bản vẽ kỹ thuật như sau:

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2015

140 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Hình 1. Các bánh răng bộ PSD

Hình 2. Các trục bộ PSD

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 141

2. Chế tạo - Trước hết xác lập các bãn vẽ chế tạo chi tiết,

cụm máy...trên cơ sở các bãn vẽ kỹ thuật đã có.- Lựa chọn vật liêu (thép chế tao CT45), thiết bị

(máy CNC, máy cắt dây, máy lăn răng bao hình...), qui trình công nghê đi kèm thiết bị nói trên ...

- Tiến hành chế tạo, nhiêt luyên theo qui trình (Bánh răng trung tâm: 1 cái; Bánh răng hành tinh:

4 cái; Bánh răng bao 1 cái; 3 trục chính, 4 trục phụ, bac lót và một cân C).

- Kiểm tra, đánh giá chất lượng theo yêu cầu kỹ thuật (độ vững chắc của kết cấu, độ đồng tâm, độ ăn khớp các bánh răng, độ êm dịu, nhẹ nhàng...vv).

Kết quả chế tạo được các sản phẩm trình bày trên hình 3.

Hình 3. Cụm ăn khớp bánh răng trung tâm - bánh răng hành tinh – bánh răng bao

c, Chế độ hoat động chay tốc độ thấp ổn địnhBước 1 : Đo điên áp của ắc quiBước 2 : Điều khiển đông cơ đốt trong hoạt đôngBước 3 : Đo tốc đô số vòng quay máy phát MG1Bước 4: Đo tốc đô số vòng quay đầu ra của

bánh xed, Chế độ hoat động tăng tốc hoàn toàn

Bước 1 : Điều khiển đông cơ đốt trong cho đông cơ hoạt đông với tốc đô cao

Bước 2 : Điều khiển MG1 cho hoạt đôngBước 3 : Điều khiển đông cơ điên MG2 cho

hoạt đông với tốc đô tối đaBước 4 : Đo tốc đô số vòng quay đầu ra của

bánh xee, Chế độ hoat động chay ở tốc độ cao ổn định

Bước 1 : Đóng ly hợp điên từ 2 để ngắt máy phát MG1 không hoạt đông

Bước 2 : Điều khiển đông cơ đốt trong hoạt đôngBước 3: Điều khiển đông cơ điên MG2 hoạt đôngBước 4 : Đo tốc đô số vòng quay đầu ra của

bánh xef, Chế độ hoat động chay ở tốc độ tối đa

Bước 1: Điều khiển đông cơ đốt trong hoạt đông Bước 2: Điều khiển MG1 hoạt đông( MG1 hoạt

đông ở chế đô đông cơ điên)Bước 3: Điều khiển đông cơ điên MG2 hoạt đôngBước 4: Đo tốc đô số vòng quay đầu ra của

bánh xe3.3. Kết quả thử nghiệm

Sau khi lắp đặt mô hình bô phân phối công suất lên mô hình xe hybrid 2 chỗ, cho xe hoạt đông ở tất cả các chế đô, sử dụng thiết bị đo được các thông số kỹ thuật trình bày trên bảng 1:

3. Lắp đặt, thử nghiệm3.1. Lắp đặt

Các cụm lắp ghép trình bày trên hình 3. Lắp đặt mô hình bô phân phối công suất vào mô hình xe hybrid trình bày trên hình 4 [1].

Hình 4. lắp đặt cân chỉnh bộ PSD lên mô hình xe hybridTrong đó: 1- Đông cơ đốt trong; 2- Mô hình bô phân phối công

suất; 3- Máy phát điện MG1; 4- Đông cơ điện MG2.3.2. Thử nghiệm theo 6 chế độa, Chế độ hoat động MG2

Bước 1 : Đóng ly hợp điên từ 1 để tăng thêm momen cảng cho đông cơ đốt trong

Bước 2 : Điều khiển đông cơ điên MG2 cho đông cơ hoạt đông

Bước 3 : Đo tốc đô số vòng quay đầu ra của bánh xe b, Chế độ hoat động tăng tốc nhẹ với động cơ xăng

Bước 1 : Tắt nguồn đông cơ điên MG2Bước 2 : Điều khiển đông cơ đốt trong hoạt đôngBước 3 : Đo tốc đô số vòng quay đầu ra của

bánh xe

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2015

142 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Kết quả thu được cho thấy, trong các chế đô hoạt đông của mô hình xe hybrid, khi sử dụng phối hợp cả 2 nguồn đông lực (nhiêt, điên) thì tốc đô xe cao hơn so với khi sử dụng từng nguồn đông lực riêng lẻ.

IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết quả đạt được và hạn chế1.1. Kết quả đat được

- Phân tích và chon phương án, tính toán, thiết kế bô phân phối công suất - PSD.

- Đã sử dụng các thiết bị có đô chính xác cao như máy cắt dây, máy CNC, máy lăn răng bao hình, máy xọc vạn năng chuyên dùng để chế tạo thành công bô PSD.

- Đã lắp đặt hoàn chỉnh bô phân phối công suất chế tạo được lên mô hình xe hybrid tại Trường Đại học Nha Trang và thử nghiêm đạt kết quả bước đầu.

1.2. Han chế- Tốc đô tối đa của xe còn thấp, do công suất

của đông cơ nhiêt và đông cơ điên còn nhỏ.- Chưa thực hiên được nhiều chế đô điều khiển

của xe hybrid.- Chưa đo được mômên trên các trục của bô

PSD (thử nghiêm chủ yếu về tốc đô).

2. Kiến nghịĐể phát triển mô hình có tính ứng dụng nhiều

trong thực tế thì cần cải tiến về kết cấu và bổ sung thêm các yếu tố:

- Sử dụng đông cơ nhiêt và đông cơ điên với công suất lớn hơn để tăng tốc đô của xe.

- Sử dụng ly hợp điên từ với công suất lớn hơn để tăng ma sát làm đô bám tăng lên.

Bảng 1. Thử nghiệm các chế độ hoạt động của bộ phân phối công suất (PSD)

Các chế độ hoạt động nĐCĐT(vòng/ phút)

nMG1(vòng/ phút)

nMG2( vòng/ phút )

nĐầu ra(vòng/ phút)

Chế đô MG2 1500 1500Tăng tốc nhẹ với đông cơ xăng 1500 4500 1200 1000Chạy tốc đô thấp ổn định 1950 4970 1350 1300Tăng tốc hoàn toàn 3000 6530 1500 1500Chạy ở tốc đô cao ổn định 4200 1500 3850Chạy ở tốc đô tối đa 4500 7150 1500 4120Giảm tốc hoặc phanh -

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Văn Định (2013), Nghiên cứu thiết kế, bố trí hệ thống động lưc trên ôtô hybrid 2 chỗ, phuc vu tại Trường Đại học Nha Trang, Luận văn Thạc sĩ, Khoa Kỹ thuật giao thông, Trường Đại học Nha Trang.

2. Bùi Văn Ga - Nguyễn Quân (2008), Thiết kế, bố trí hệ thống động lưc trên ôtô hybrid 2 chỗ ngồi, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.

3. http://www.hybridcars.com/ Toyota Prius/ Power split divice.