BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN VĂN ĐỊNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ÔTÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI, PHỤC VỤ ĐÀO TẠO
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ Nha Trang - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

thức bổ ích để tôi hoàn thành đề tài.
Dù đã có nhiều cố gắng nhưng chắc rằng đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót và
có những hạn chế nhất định. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các
Thầy/Cô và bạn bè để đề tài hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang – 2013 Nguyễn Văn Định

ii
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tôi cũng xin cam
đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

Nguyễn Văn Định
iii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
LỜI CẢM ƠN i
LỜI CAM ĐOAN ii
MỤC LỤC iii

3.3. Xây dựng các bài thực hành 73
3.3.1. Bài 1: Hệ động lực ôtô hybrid 73
3.3.2. Bài 2: Điều khiển điện áp cho máy phát điện 74
3.3.3. Bài 3: Điều khiển mạch nạp acquy ôtô hybrid 74
3.3.4. Bài 4: Điều khiển tốc độ động cơ DC Brushless (BLDC) 75
3.3.5. Bài 5: Phối hợp điều khiển giữa động cơ đốt trong (ĐCĐT) và động cơ điện
75
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76
4.1. Kết quả đạt được và hạn chế 77
4.1.1. Kết quả đạt được 77
4.1.2. Hạn chế 77
4.2. Kiến nghị 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78
PHỤ LỤC 79
v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- BLDC: Động cơ điện một chiều không chổi than
- CĐ: Trục các đăng
- CVT: Continuously Variable Transmission – Bộ truyền động biến đổi liên tục
- ĐCĐT: Động cơ đốt trong
- ECU: Electric Control Unit – Bộ điều khiển trung tâm
- HTTL: Hệ thống truyền lực
- LH: Ly hợp
- MG1: Motor Generater 1 – Tổ hợp động cơ Máy phát 1
- MG2: Motor Generater 2 – Tổ hợp động cơ Máy phát 2
- PCB: Power Circuit Board – Mạch công suất
- VS: Vi sai

vi

Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống cáp dẫn điện công suất cao [16] 25
Hình 2.10: Bố trí Ắc-quy phụ trên ôtô hybrid [12] 26
Hình 2.11: Sơ đồ hệ động lực Hybrid [7] 26
Hình 2.12: Điều kiện ôtô ở chế độ Ready On [7] 27
Hình 2.13: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD ở chế độ Ready On [7] 27
Hình 2.14: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất trên ôtô [7] 27
Hình 2.15: Điều kiện của ôtô chạy với MG2 [7] 28
Hình 2.16: Biểu đồ monographic và hoạt động của PSD khi chạy với MG2 [7] 28
Hình 2.17: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy với MG2 [7] 28
Hình 2.18: Điều kiện của ôtô khi chạy với MG2 và khởi động động cơ xăng [7] 29
Hình 2.19: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động bộ phân phối công suất PSD 29
Hình 2.20: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất khi chạy với
MG2 và MG1 khởi động động cơ xăng [7] 30
viii
Hình 2.21: Điều kiện của ôtô khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng [7] 30
Hình 2.22:Monographic và sơ đồ hoạt động PSD khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng [7]
31
Hình 2.23: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất 31
khi tăng tốc nhẹ với động cơ xăng [7] 31
Hình 2.24: Điều kiện của ôtô khi chạy tốc độ thấp ổn định [7] 32
Hình 2.25: Biểu đồ monographic và sơ đồ hoạt động PSD chạy tốc độ thấp ổn định
[7] 32
Hình 2.26: Sơ đồ tổng quát đường truyền năng lượng điện và công suất 33
khi chạy tốc độ thấp ổn định [7] 33
Hình 2.27: Điều kiện của ôtô khi tăng tốc hoàn toàn [7] 33
Hình 2.28: Monographic khi tăng tốc hoàn toàn [7] 34
Hình 2.29: Sơ đồ đường truyền năng lượng điện và công suất tăng tốc hoàn toàn [7]
34
Hình 2.30: Điều kiện của ôtô khi chạy tốc độ cao ổn định [7] 35
Hình 2.31: Monographic khi chạy tốc độ cao ổn định [7] 35

Hình 2.53: Động cơ Brushless có cảm biến Hall [15] 52
Hình 2.54: Nguyên lý của Hall Sensor khi không có từ trường [15] 53
Hình 2.55: Nguyên lý của Hall Sensor khi có từ trường [15] 53
Hình 2.56: Sơ đồ thể hiện sự đảo pha ở 3 đầu dây động cơ [15] 53
Hình 2.57: Chiều của 6 trạng thái đảo pha của BLDC [15] 54
Hình 2.58: Trạng thái của Hall sensor và 3 dây pha của BLDC [15] 54
Hình 2.59: Khối LCD hiển thị [15] 55
Hình 2.60: Sơ đồ chân của ATmega32 [13] 56
Hình 2.61: Hình dạng bên ngoài của ATmega32 [15] 57
Hình 2.62: Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển ATmega32 [13] 57
Hình 2.63: Thanh ghi DDRA [13] 58
Hình 2.64: Thanh ghi PORTA [13] 58
Hình 2.65: Thanh ghi PINA [13] 58
Hình 2.66: Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit [13] 59
Hình 2.67: Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16bit [13] 59
Hình 2.68: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cấp cho mạch điều khiển 60
Hình 2.69: Sơ đồ khối kết nối cảm biến hall và biến trở 60
Hình 2.70: Sơ đồ nguyên lý khối LCD 61
Hình 2.71: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động cơ Brushless DC 62
Hình 2.72: Sơ đồ nguyên lý khối đảo chiều động cơ 63
Hình 2.73: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp acquy 12V 63
Hình 2.74: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp acquy 48V 64
Hình 2.75: Mạch điều khiển trung tâm 64
Hình 3.1: Bánh trước và nồi bi bánh trước 66
x
Hình 3.2: Cụm bánh trước 66
Hình 3.3: Cơ cấu giảm xóc bánh trước 67
Hình 3.4: Bánh sau và phanh 67
Hình 3.5: Mặt ngoài bánh sau 68
Hình 3.6: Cầu sau và cơ cấu giảm xóc bánh sau 68

thể hiện qua các đồ án tốt nghiệp bậc đại học, luận văn thạc sĩ, đề tài NCKH của giáo
viên và sinh viên ở một vài trường đại học. Cho đến nay, ôtô hybrid chưa được chế tạo
hoặc lắp ráp tại Việt Nam, tuy nhiên hiện đã có một số lượng đáng kể ôtô du lịch
hybrid được nhập khẩu và tham gia giao thông.
Ôtô hybrid thương mại hiện nay là một tổ hợp trang thiết bị cơ khí, điện, điện tử
hiện đại. Đề tài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình ôtô hybrid tại ĐHNT sẽ tạo
điều kiện cho việc tiếp cận sâu hơn trong lĩnh vực ôtô hybrid, bổ sung tư liệu và thiết
bị góp phần nâng cao chất lượng đào tạo kỹ sư các ngành Kỹ thuật ôtô và Công nghệ
cơ điện tử.
2
Xuất phát từ những lý do trên mà tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế
tạo mô hình ôtô hybrid 2 chỗ ngồi phục vụ đào tạo tại trường Đại học Nha Trang”
để làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ của mình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo mô hình ôtô hybrid cỡ nhỏ và thiết kế một số bài thực hành trong lĩnh
vực Kỹ thuật ôtô và Công nghệ cơ điện tử.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát yêu cầu kỹ thuật của xe ôtô hybrid.
- Tính toán các yếu tố lực tác động lên xe, các yêu cầu về tốc độ của xe, từ đó
thiết kế sơ bộ mô hình.
- Xây dựng phương án chế tạo mô hình cho phù hợp với yêu cầu đặt ra.
- Tính toán thiết kế mạch điều khiển dựa vào yêu cầu kỹ thuật của xe.
- Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh.
4. Đối tượng nghiên cứu
Ôtô hybrid cỡ nhỏ.
5. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
- Ứng dụng nguyên lý hệ động lực ôtô hybrid dạng song song để chế tạo (không
có bộ chia công suất – PSD).
- Phối hợp điều khiển ĐCĐT và động cơ điện ở trường hợp đường bằng, lên dốc.
- Phối hợp điều khiển chế độ nạp ắc quy.

4
1.1. Tổng quan về xe cơ giới
1.1.1. Định nghĩa và phân loại xe cơ giới
Xe cơ giới, tiếng Anh là motor vehicle, là loại phương tiện tự hành trên bộ dùng
để vận chuyển người, hàng hoá hoặc để sử dụng vào những mục đích đặc biệt khác.
Trong các tài liệu chuyên ngành, chúng ta có thể gặp một số thuật ngữ khác có
nội hàm tương đương như: road vehicle, ground vehicle, v.v. Xe máy hai bánh, môtô
ba bánh, xe buýt, xe ca, xe đò, xe hơi, ôtô tải, ôtô con, máy kéo bánh xích hoặc bánh
hơi, xe tăng, v.v. đều được xếp vào đối tượng xe cơ giới.
"Ôtô" là thuật ngữ thường dùng chỉ những loại xe cơ giới có từ 4 bánh trở lên.
Trong Luật Giao thông đường bộ số 26/2001/QH10 được Quốc hội thông qua
tại kỳ họp 9 khóa X có một số định nghĩa liên quan như sau:
Phương tiện giao thông cơ giới đường bộ (sau đây gọi là xe cơ giới) - gồm ôtô,
máy kéo, xe gắn máy 2 hoặc 3 bánh và các loại xe tương tự, bao gồm cả xe cơ giới
dùng cho người tàn tật.
Phương tiện giao thông thô sơ đường bộ (sau đây gọi là xe thô sơ) - gồm các
loại xe không di chuyển bằng sức động cơ như xe đạp, xe xích lô, xe súc vật kéo và
các loại xe tương tự.
Phương tiện giao thông đường bộ - gồm phương tiện giao thông cơ giới đường
bộ và phương tiện giao thông thô sơ đường bộ.
Xe máy chuyên dùng - gồm xe máy thi công, xe máy nông nghiệp, lâm nghiệp

• Xe có nguồn động lực là động cơ đốt ngoài
• Xe có nguồn động lực hybrid
Sơ đồ bố trí
hệ thống truyền lực
• Động cơ phía trước, bánh xe chủ động phía sau
• Động cơ phía trước, bánh xe chủ động phía trước
• Động cơ phía sau, bánh xe chủ động phía sau
• Động cơ phía trước, tất cả các bánh chủ động
• Động cơ phía sau, tất cả các bánh chủ động
Số bánh xe chủ động
• Xe một cầu chủ động
• Xe nhiều cầu chủ động
Số lượng chỗ ngồi
• Xe con du lịch
• Xe buýt mini
• Xe buýt thành phố
• Xe búyt liên thành phố
• Xe buýt du lịch
Đặc điểm cấu tạo thân xe

• Xe mui trần
• Xe mui kín 2 cửa, mui kín 4
• Xe cửa hậu, v.v. 6
1.1.2. Một số khái niệm và thông số cơ bản của ôtô
1.1.2.1. Kích thước cơ bản của ôtô
1) Chiều dài cơ sở (L) - Đối với xe 2 cầu, chiều dài cơ sở của xe hai cầu là
khoảng cách giữa 2 đường tâm của cầu trước và cầu sau. Đối với xe nhiều cầu, chiều

1.1.2.2. Trọng lượng của ôtô
Có thể phân biệt các khái niệm liên quan đến trọng lượng của xe như sau:
• Trọng lượng khô - trọng lượng của bản thân xe. Lốp dự phòng không tính
vào trọng lượng khô của xe vì mỗi loại xe có số lốp dự phòng khác nhau. Những thiết
bị phụ như thiết bị nghe nhìn, sưởi ấm, thông gió, v.v. sẽ được tính vào trọng lượng
khô nếu chúng được ghi trong tài liệu thiết kế của xe.
• Trọng lượng ướt - còn gọi là tự nặng của xe - là trọng lượng của bản thân
xe đã nạp đầu đủ dầu bôi trơn, dầu thuỷ lực, nhiên liệu, nước làm mát và những trang
thiết bị phụ trợ như: lốp dự phòng, dụng cụ đồ nghề, thiết bị nghe nhìn, v.v.
• Tổng trọng lượng của xe - là tổng trọng lượng ướt của xe và tải trọng hữu
ích.
T
G
ϕ
α
G
Z
1
Z
2
G
b1
G
b2

Hình 1.2: Trọng lượng của ôtô [8]
G - trọng lương; G
b1
- trong lượng phân bố trên các bánh xe trước;
G

bên phải nhìn từ phía sau xe.
• Toạ độ trái (d) - khoảng cách từ trọng tâm đến mặt phẳng dọc của bánh xe
bên trái nhìn từ phía sau xe.
1.1.2.4. Vùng tiếp xúc và tâm tiếp xúc của bánh xe
Trong thực tế, cả bánh xe và mặt đường đều không phải là những vật cứng tuyệt
đối nên bánh xe và mặt đường không tiếp xúc nhau ở một điểm hay một đường hình
học mà tiếp xúc nhau ở vô số điểm. Tập hợp tất cả các điểm tiếp xúc giữa bánh xe và
mặt đường được gọi là vùng tiếp xúc (tire-ground contact patch), điểm đặt của lực
tổng hợp tất cả các phản lực thành phần từ mặt đường tác dụng lên bánh xe gọi là tâm
tiếp xúc (contact center).
Z Z
G
b
G
b
a) c)
F
Y
Y
Z
G
b
b)
2
1
2
1
2
1


G
Y
y
ϕ
ϕ
max
=

trong đó: F
k.max
- lực kéo cực đại, Y
max
- phản lực ngang cực đại, G
ϕ
- trọng lượng bám.
Những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hệ số bám - Hệ số bám phụ thuộc vào
những yếu tố sau đây:
• Lốp xe (vật liệu chế tạo, cấu tạo, áp suất trong lốp, ).
• Mặt đường (vật liệu, độ ướt, độ nhám, ).
• Các điều kiện vận hành (tải trọng, vận tốc của xe, ).
Cho đến nay vẫn chưa có phương pháp giải tích nào cho phép xác định một cách
chính xác hệ số bám bởi vì trị số của hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác
nhau, bởi vậy người ta thường xác định hệ số bám bằng phương pháp thực nghiệm.
Khi tính toán có thể chọn trị số hệ số bám trung bình trong các bảng.
Bảng 1.2: Hệ số bám của một số loại mặt đường [2]
Loại đường và tình trạng mặt đường
Hệ số bám (ϕ
x
)
Đường nhựa hoặc đường bê tông:

0,6
0 2 4 Z [kN]6
ϕ
x
0,8
0,6
1
2
0,4
0 40v [m/s
2
]20 0 80s [%]40
ϕ
x
0,8
0,6
0,4
1
2

Hình 1.4: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám [8]
1- Đường khô, 2- Đường ướt
p - áp suất trong lốp xe, Z- Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe ,
v - Vận tốc của xe, s - Độ trượt của bánh xe chủ động

1.1.3. Cấu trúc tổng quát của xe cơ giới

11
§éng c¬
Th©n

Theo định nghĩa như vậy, các loại phương tiện như: xe đạp máy có thể chạy
bằng đạp pedal và bằng động cơ (điện hoặc xăng), xuồng có thể chạy bằng động cơ
hoặc chèo tay, ôtô có thể chạy bằng cả nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí, xe lửa được
trang bị cả động cơ điện và diesel, máy bay có thể sử dụng chạy bằng động cơ điện,
máy bay được trang bị động cơ điện để di chuyển trên đường băng và động cơ nhiệt để
bay, tàu ngầm điện-diesel, v.v. đều được xếp vào đối tượng hybrid vehicle.
13
Bảng 1.3: Phân loại tổng quát phương tiện hybrid [7]
Tiêu chí phân loại Các loại phương tiện hybrid
Nguồn năng lượng
• Nhiên liệu
• Năng lượng mặt trời
• Năng lượng gió
• Sức người
• Điện
• Trường điện từ
• Sóng radio, v.v.
Động cơ
• Động cơ nhiệt
• Động cơ điện
• Động cơ thủy khí
• Sức người
Loại phương tiện
• Phương tiện cơ giới đường bộ
• Tàu thủy
• Máy bay
Phương thức phối hợp
các loại động cơ
• Hệ động lực hybrid nối tiếp
• Hệ động lực hybrid song song