BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
NGÔ VĂN SƠN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHỐI
HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ ĐỘNG CƠ DC
BRUSHLESS CHO MÔ HÌNH ÔTÔ HYBRID KIỂU
SONG SONG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành Công Nghệ Cơ điện tử
Nha Trang, tháng 06 năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ



KẾT LUẬN

Nha Trang, Ngày Tháng Năm 2013
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: NGÔ VĂN SƠN
Lớp: 51CKCD
Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử
Đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động
cơ DC Brushless cho mô hình ôtô Hybrid kiểu song song.
Số trang: 78 Số chương: 04
Hiện vật: 02 Báo cáo, 02 đĩa CD, 01 mô hình ôtô Hybrid
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Thầy cô trong Khoa cơ khí trường Đại học Nha Trang đã hết lòng truyền đạt, giảng dạy
cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học. Các Thầy đã tạo điều kiện
tốt nhất để chúng em được học tập, nghiên cứu, sử dụng thiết bị bộ môn để hoàn thành
đồ án tốt và nhanh nhất.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới hai Thầy Nguyễn Văn
Nhận và Nguyễn Văn Định. Các Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và góp ý trong
suốt quá trình thực hiện đồ án.
Xin cảm ơn các bạn bè lớp 51CKCD đã giúp đỡ cũng như đóng góp ý kiến giúp
em hoàn thiện bài khóa luận này.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và xin gửi tới quý Thầy cô trong nhà
trường, các bạn bè người thân đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua lời chúc tốt đẹp
nhất.
Em xin chân thành cảm ơn!
ii

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ÔTÔ HYBRID
1
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 2
1.1.1. Ôtô Hybrid là gì? 2
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của ôtô Hybrid 2
1.1.3. Các bộ phận chính của ôtô Hybrid 3
1.1.4. Ưu nhược điểm của ôtô Hybrid 5
1.1.4.1. Ưu điểm 5
1.1.4.2. Nhược điểm 5
1.1.5. Phương pháp truyền động 6
1.1.5.1. Hệ thống truyền động nối tiếp 6
1.1.5.2. Hệ thống truyền động song song 7
1.1.5.3. Hệ thống truyền động kết hợp 8
1.2. XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA ÔTÔ HYBRID 9

67
4.1. KẾT LUẬN 68
4.1.1. Kết quả đạt được 68
4.1.2. Kết quả chưa đạt được 68
4.2. ĐỀ XUẤT 68
4.2.1. Đề xuất phần cứng 68
4.2.2. Đề xuất phần mềm 69
4.2.4. Đề xuất cả hệ thống 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
70
PHỤ LỤC
71
iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Một dạng ôtô Hybrid kiểu phối hợp công suất song song
3
Hình 1.2: Sơ đồ các bộ phận của ôtô Hybrid kiểu hỗn hợp
3
Hình 1.3: Các bộ phận cơ bản của hệ thống truyền động trên ôtô
4
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống truyền động nối tiếp
6
Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống truyền động song song
7
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống truyền động kết hợp
8
Hình 1.7: Toyota Prius
10
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống mô hình ôtô Hybrid

Hình 2.16: Tụ điện phân cực và không phân cực
30
Hình 2.17: Ký hiệu của Transistor
31
Hình 2.18: Transistor
31
Hình 2.19: Linh kiện OPTO
31
Hình 2.20: Linh kiện IRF9540
32
Hình 2.21: Sơ đồ chân của RƠLE
32
v

Hình 2.22: Cấu tạo của encoder
33
Hình 2.23: Hai kênh A và B lệch pha trong encoder
34
Hình 2.24: Encoder quang tuyệt đối với 8 track.
35
Hình 2.25: Encoder quang tương đối có 3 track
35
Hình 2.26: Sức phản điện động dạng hình thang
36
Hình 2.27: Mặt cắt bằng của một BLDC
37
Hình 2.28: Stator động cơ BLDC
37
Hình 2.29: Rotor động cơ BLDC
38

Hình 2.45: Sơ đồ nguyên lý khối công suất của mạch sạc bình ắc quy
52
Hình 2.46: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý áp đầu vào từ máy phát điện
53
Hình 2.47: Sơ đồ mạch in của bộ sạc
54
Hình 2.48: Sơ đồ mạch in của bộ điều khiển trung tâm
55
Hình 2.49: Lưu đồ giải thuật khởi động động cơ đốt trong
56
Hình 2.50: Lưu đồ giải thuật điều khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong với động cơ
điện brushless DC
57
vi

Hình 2.51: Lưu đồ gải thuật sạc pin
58
Hình 3.1: Mô hình ôtô Hybrid
60
Hình 3.2: Mạch công suất điều khiển BLDC
60
Hình 3.3: Khối điều khiển trung tâm
61
Hình 3.4: Mạch sạc ắc quy 48VDC
61
Hình 3.5: Mạch điều khiển trung tâm
62
Hình 3.6: Kiểm tra bình ắc quy
62
Hình 3.7: Kiểm tra mạch điều khiển

Cả hai cộng nghệ trên cùng vướng phải một vấn đề chung đó là phải xây dựng lại toàn
bộ hệ thống cơ sở cung cấp nhiên liệu. Những sự giới hạn trên của hai công nghệ tương
lai này tạo ra một khoảng trống giữa nhu cầu bảo về môi trường và công nghệ ôtô
truyền thống.
Ôtô Hybrid là giải pháp tốt nhất hiện nay của ngành công nghiệp ôtô trước các vấn
đề về nhiên liệu và bảo vệ môi trường. Với những ưu điểm mà nó mang lại:
- Tận dụng năng lượng khi phanh: Khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ, động
cơ điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận dụng để tạo
ra dòng điện nạp cho ắc-quy.
- Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu.
- Giảm ô nhiễm môi trường.
Nhằm tiếp cận với công nghệ ôtô Hybrid, đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống điều
khiển phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ DC Brushless cho mô hình ôtô
Hybrid kiểu song song”, là sự kết hợp giữa thiết kế, chế tạo cơ khí với điều khiển tự
động, nhằm tạo ra một sản phẩm hoàn thiện có ứng dụng cao trong đời sống với tiêu
chí hạn chế ô nhiễm môi trường đến mức nhỏ nhất.
Mục đích lớn nhất của đề tài là giúp sinh viên làm chủ được công nghệ mới, hoàn
thiện kỹ năng, củng cố kiến thức, nâng cao tay nghề, làm tư liệu học tập cho sinh viên
về sau.
1


1.1.3. Các bộ phận chính của ôtô Hybrid

Hình 1.2: Sơ đồ các bộ phận của ôtô Hybrid kiểu hỗn hợp
1. Động cơ đốt trong 2. Máy phát điện 3. Ắc quy cao áp 4. Bộ chuyển đổi
5. Động cơ điện một chiều 6. Bộ chia công suất 7. Hộp giảm tốc
4 Hình 1.3: Các bộ phận cơ bản của hệ thống truyền động trên ôtô
Động cơ đốt trong: Là nguồn động lực chính trong động cơ Hybrid, có nhiệm vụ
dẫn động trực tiếp bánh xe chủ động và nạp điện cho ắc quy cao áp, có thể sử dụng
động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiên liệu.
Động cơ điện: Xe Hybrid sử dụng động cơ điện một chiều không chổi than, nó có
nhiệm vụ nhận năng lượng điện từ ắc quy, chuyển thành năng lượng cơ khí dẫn động
bánh xe chủ động. Ưu điểm của động cơ điện là cho mô men lớn ở số vòng quay nhỏ,
hoạt động êm, hiệu suất cao.
Ắc quy: Là một thành phần quan trọng của động cơ Hybrid, đảm bảo các yêu cầu
như tạo dòng lớn cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao. Ắc quy có
nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho bugi đánh lửa và cung cấp năng lượng điện
cho motor điện khi cần. Các loại ắc quy được sử dụng là ắc quy chì, ắc quy ino –
lithium, ắc quy polyme – lithium.
Hộp số: Ôtô Hybrid có thể sử dụng nhiều loại hộp số khác nhau. Bốn loại thường
dùng là: Hộp số vô cấp, hộp số tự động sang số, hộp số tay, hộp số tự động thông
thường với bộ chuyển đổi mô men.
Bộ phận điều khiển: Điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữa động
cơ đốt trong và động cơ điện. Tức là lúc nào thì chỉ động cơ đốt trong hoạt động, lúc
nào thì chỉ động cơ điện hoạt động hoặc lúc nào thì cả động cơ đốt trong và động cơ
điện đồng thời hoạt động.
Hệ thống xử lý khí thải: Khí thải của động cơ luôn là vấn đề được đặt ra. Ôtô
Hybird có thể giảm lượng khí thải do tốn ít nhiên liệu, sử dụng những nguồn nhiên liệu

Khuyết điểm chính của công nghệ Hybrid là hệ thống Pin Nạp Lại Được
(Rechargable Battery). Giá thành của mỗi bộ pin này rất đắt là một điều đáng ngại đối
6

với người dùng, nhất là những người dùng ô tô Hybrid cũ, giá trị trung bình mỗi bộ pin
này là trên dưới năm nghìn dollar.
Tuy nhiên, các nhà sản xuất đã vẫn đang nghiên cứu và phát triển nhiều giải pháp
cho vấn đề này như: Tái chế pin cũ, phát triển kỹ thuật pin mới, nâng cao tuổi thọ của
pin v.v hứa hẹn mang lại nhiều cải tiến mới, giảm giá thành sản phẩm, đưa kỹ thuật
hybrid đến với nhiều tầng lớp người dân có thu nhập thấp trong xã hội nhằm mục đích
thay thế dần những phương tiện giao thông cũ, giảm thiểu lượng khí thải gây ô nhiễm
môi sinh.
1.1.5. Phương pháp truyền động
1.1.5.1. Hệ thống truyền động nối tiếp

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống truyền động nối tiếp
Động cơ đốt trong hoạt động, nó truyền năng lượng cho một máy phát điện. Dòng
điện sinh ra từ máy phát được chia làm hai phần, một phần để sạc bình ắc quy và một
phần sẽ chạy một motor điện (bộ phận sẽ truyền công suất tới các trục bánh xe). Motor
điện quay sẽ dẫn động bánh xe chuyển động. Đó được coi là hệ thống nối tiếp vì năng
lượng truyền theo một quá trình liên tục (hay nói cách khác, hoạt động của động cơ và
của mô tơ điện tiến hành lần lượt). Ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn
động lực là động cơ đốt trong và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hóa năng
của nhiên liệu thành cơ năng là quay rôto của máy phát, máy phát tạo ra điện năng và
từ điện năng lại chuyển sang cơ năng làm quay bánh xe.
7

Ưu điểm của hệ thống này là: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở
chế độ không tải (động cơ đốt trong luôn làm việc để cung cấp nguồn điện cho ắc quy)
nên giảm được ô nhiễm môi trường. Ở động cơ xăng có bộ chế hòa khí sử dụng biện

năng lượng, không cần dùng máy phát riêng do động cơ điện có tính năng giao hoán, sẽ
làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường, ít tổn thất
cho các cơ cấu truyền động trung gian. Động cơ điện được sử dụng ở đây là loại đặc
biệt có khả năng đảm nhận được hai nhiệm vụ, nó có thể khởi động động cơ đốt trong
và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy, cung cấp năng lượng trong
trường hợp xe cần gia tốc hoặc lên dốc.
1.1.5.3. Hệ thống truyền động kết hợp

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống truyền động kết hợp
9

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống kết hợp và song song nhằm tận dụng tối đa
các ưu điểm của hai hệ thống truyền động trên đồng thời khắc phục được các nhược
điểm của hai hệ thống đó. Nó có hai motor, và tùy từng điều kiện khác nhau mà xe lắp
hệ thống kết hợp sẽ sử dụng đồng thời cả motor điện và động cơ đốt trong hay chỉ sử
dụng năng lượng nguồn điện để thu được hiệu quả cao nhất. Thậm chí, khi cần thiết, hệ
thống này vừa vận hành các trục bánh xe trong khi vẫn có thể nạp điện vào máy phát.
Động cơ đốt trong vừa có thể dẫn động trực tiếp các bánh xe chủ động vừa có thể nạp
điện cho máy phát. Động cơ đốt trong có thể tự động ngừng hoạt động ở chế độ tốc độ
thấp khi đó chỉ có động cơ điện dẫn động các bánh xe chủ động nhằm tiết kiệm nhiên
liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Một bộ điều khiển được gắn trong xe dùng để giám
sát hệ thống điện, và khi xe lao xuống dốc hoặc phanh, hệ thống sẽ đảo ngược cực của
nó, biến động cơ điện thành máy phát điện. Lúc đó, đà tiến về phía trước và phanh xe
chuyển từ cơ năng sang điện năng và truyền tới ắc quy để tích trữ năng lượng. Hệ
thống kết hợp hiện chiếm ưu thế trong chế tạo xe Hybrid.
1.2. XU THẾ PHÁT TRIỂN CỦA ÔTÔ HYBRID
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 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

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI
DUNG NGHIÊN CỨU
12

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cho mô hình ôtô
Hybrid dựa trên tính toán lý thuyết và kết hợp tham khảo những mô hình có sẵn trên thị
trường.
Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên mô hình ôtô Hybrid được thể hiện trong
hình 2.1

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống mô hình ôtô Hybrid
MOTOR
BRUSHLESS DC
CẢM BIẾN

VI ĐIỀU KHIỂN
MCU
ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG
MẠCH CÔNG