BÁO cáo môn học tên đề tài HYBRID VEHICLE MODELING

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO MƠN HỌC Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING Môn học: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG GVHD : Th.s Nguyễn Trung Hiếu SVTH : Nguyễn Minh Hiên Lê Quang Công Hậu Nguyễn Việt Phụng Thới Ngọc Toàn Trương Minh Hiếu Mai Văn Tình TP.HCM, tháng năm 2020 download by : skknchat@gmail.com TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO MƠN HỌC Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING Môn học: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG GVHD : Th.s Nguyễn Trung Hiếu SVTH : Nguyễn Minh Hiên Lê Quang Công Hậu Nguyễn Việt Phụng Thới Ngọc Toàn Trương Minh Hiếu Mai Văn Tình TP.HCM, tháng năm 2020 download by : skknchat@gmail.com TP Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng năm 2020 PHIẾU NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Họ tên sinh viên: 1.Nguyễn Minh Hiên 2.Lê Quang Công Hậu - 17145285 3.Nguyễn Việt Phụng Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 2017 1.Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING 2.Nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu sở lý thuyết xe hybrid Tiến hành mô Maplap Simulink 3.Sản phẩm đề tài ❖ Lý thuyết đèn xe hybrid ❖ Mô xe hybrid kiểu hỗn hợp Matlap/Simulink 4.Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 16/6/2020 5.Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 16/7/2020 TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN download by : skknchat@gmail.com TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA THUẬT TP HCM VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỀ TÀI (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: 1.Nguyễn Minh Hiên - 171452874 2.Lê Quang Công Hậu - 17145285 3.Nguyễn Việt Phụng - 17145342 Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Họ tên GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Hiếu Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên Nhận xét kết thực đề tài 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày đề tài: 2.2 Nội dung đề tài: download by : skknchat@gmail.com (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đề tài, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): download by : skknchat@gmail.com Đánh giá: TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu đề tài Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung đề tài Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể đề tài Tổng điểm Kết luận:   Đạt Không đạt TP.HCM, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đề tài môn hoc, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GV.Nguyễn Trung Hiếu, giảng viên trường ĐHSPKT Tp Hồ Chí Minh, người tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐHSPKT Tp Hồ Chí Minh dạy dỗ, cho chúng em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên suốt q trình học tập hồn thành đề tài Trân trọng cảm ơn ! Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2017 Nhóm Sinh Viên Thực Hiện download by : skknchat@gmail.com TÓM TẮT Xe lai điện (Hybrid) khơng cịn khái niệm q xa lạ thời buổi Sự xuất dòng xe điện mang thương hiệu Tesla ( điện) bước đột phá ngành công nghiệp vận chuyển giới Không tốn nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường hiệu mà hãng xe mang lại Tuy nhiên, Việt Nam lại chưa đủ sở hạ tầng đáp ứng cho xuất đại trà loại xe điện Tesla Trước tình cạn kiệt nhiên, giá nhiên liệu cao, ô nhiễm môi trường tăng thành phố lớn Vì thế, xe lai điện kiểu hỗn hợp lựa chọn đắn thay phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch nhờ thích ứng với điều kiện nước ta Với mong muốn tìm hiểu nghiên cứu kỹ dòng xe lai điện kiểu hỗn hợp, nhóm chúng em thực đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING Ứng dụng Matlap/Simulink mô điều khiển xe lai kiểu hỗn hợp với hướng dẫn ThS.Nguyễn Trung Hiếu Trong trình nghiên cứu, nhóm chúng em khơng tránh thiếu sót, mong nhắc nhở, bảo từ quý thầy cô, quý bạn bè Trân trọng cảm ơn! download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan đề tài .1 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Mục tiêu đề tài .1 1.1.3 Giới hạn đề tài 1.1.4 Phương pháp nghiên cứu .1 1.2 Tổng quan xe hybrid 1.2.1Giới thiệu chung 1.2.2Nguyên nhân đời .2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XE HYBRID 2.1 Nguyên lý hoạt động xe hybrid 2.2 Phương pháp truyền động 2.2.1 Tổ hợp ghép nối tiếp 2.2.2 Tổ hợp ghép song song 2.2.3 Hệ thống hybrid hỗn hợp .6 2.2.4 Tỷ lệ sử dụng động mô-tơ điện hệ thống: 2.3 Các trình làm việc xe hybrid kiểu hỗn hợp 2.3.1 Quá trình tăng tốc nhẹ 2.3.2 Qúa trình chạy ổn định 2.3.3 Quá trình tăng tốc cực đại 2.3.4 Quá trình giảm tốc (hoặc trình phanh) 2.3.5 Quá trình nạp điện cho bình ắcquy 10 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP TRÊN MATLAP/SIMULINK 11 3.1 Sơ đồ mô 11 3.2 Chi tiết khối mô 11 3.2.1 Khối Strategy 11 3.2.2 Khối Engine 12 3.2.4 Khối Solver Conguration 13 3.2.5 Khối Power split 14 3.2.7 Khối Electric Generator 14 3.2.7 Khối Vehicle Dynamics 15 3.2.8 Khối Electric Motor 16 3.2.9 Khối DC: DC Conventer 16 3.2.10 Khối Battery 17 3.3 Kết mô 17 3.3.1 Đồ thị số vòng quay 17 3.3.2 Đồ thị tốc độ xe 18 3.3.3 Đồ thị công suất 19 3.3.4 Đồ thị tổng tiêu hao công suất battery,gennerator motor kéo 20 download by : skknchat@gmail.com Hình 2.6 Quá trình chạy ổn định 2.3.3 Q trình tăng tốc cực đại Cơng suất tạo động MG1 bổ sung thêm lượng từ bình HV Moment động moment MG2 phụ thuộc yêu cầu tăng tốc xe Hình 2.7 Quá trình tăng tốc cực đại 2.3.4 Quá trình giảm tốc (hoặc trình phanh) Bánh xe dẫn động MG2, MG2 làm việc máy phát dể sử dụng công suất hãm điện động download by : skknchat@gmail.com Hình 2.9 Quá trình giảm tốc 2.3.5 Quá trình nạp điện cho bình ắcquy Ắcquy HV nạp điện bình hết điện động khởi động hay di chuyển chí khơng làm việc Ắcquy không nạp tay số N động khơng hoạt động Hình 2.10 Q trình nạp cho Ắc qui download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP TRÊN MATLAP/SIMULINK 3.1 Sơ đồ mô Trong model ,bộ bánh rang hành tinh kèm với mơ tơ máy phát hoạt động giống thay đổi tỉ số truyền.Mô cho xe tăng tốc từ 15 m/s đến 20m/s sau giảm tốc độ lại 15m/s Bộ phân phối công suất sử dụng nguồn lượng điện để tác động đến động điện, động đốt chỉ phân phối cơng suất đủ trì xe vận tốc 15m/s 3.2 Chi tiết khối mô 3.2.1 Khối Strategy Hình 3.1 Sơ đồ khối Strategy Thiết lập tốc độ vịng quay động thơng qua khối K điều chỉnh trạng thái theo tỉ lệ định (tỉ lệ 1.08) cuối cho tốc độ đầu vào động Thường tốc độ động thiết lập 2000 vòng/phút download by : skknchat@gmail.com Tương tự moment thiết lập máy phát tính tốn chuyển đổi thành moment đầu vào máy phát 3.2.2 Khối Engine Hình 3.2 Khối Engine Khối có chức động đốt trong, Gồm hai khối Engine management khối Engine ❖ Khối Engine management Hình 3.3 Sơ đồ Khối Engine management Nhận tín hiệu đầu vào động (tín hiệu mong muốn) tín hiệu số vịng quay thực tế động sau tính tốn góc mở bướm ga phù hợp đưa tiếp tục vào khối engine Khối engine nhận tín hiệu góc mở bướm ga sau lại xuất số vòng quay thực tế tiếp tục đưa lại vào khối engine management, tạo thành vịng lặp kín để điều khiển động download by : skknchat@gmail.com Trong khối engine management tốc độ tín hiệu đầu vào trừ tốc độ thực tế sau qua khối điều chỉnh trạng thái theo tỉ lệ phù hợp tiếp tục qua hàm tích phân cuối tính góc mở bướm ga tương ứng ❖ Khối Engine Hình 3.4 Sơ đồ Khối Engine Trong khối engine vị trí bướm ga đưa qua khối SPS để biến tín hiệu vật lí thành tín hiệu số để đưa vào khối Generic engine Từ khối xuất công suất động cơ, lượng nhiên liệu tiêu hao cảm biến tốc độ động 3.2.4 Khối Solver Conguration Khối để tính tốn phương trình mơ phỏng, bắt đầu mơ với giá trị an toàn Ở giá trị an tồn từ 1e-9 Hình 3.5 Bảng thơng số khối Solver Conguration download by : skknchat@gmail.com 3.2.5 Khối Power split Dùng phân chia tỉ số truyền Đó bánh hành tinh gồm có cần dẫn C, bánh bao R bánh mặt trời S Có tác dụng thay đổi tỉ số truyền dựa dẫn động động moto điện Ở tỉ số truyền Hình 3.6 tỉ số truyền khối power split 3.2.7 Khối Electric Generator Hình 3.7 Sơ đồ khối Electric Generator Tín hiệu đầu vào: + Giá trị momen máy phát yêu cầu đưa vào khối Generator & drive chân Tref + Gía trị điện áp V thơng qua cảm biến dịng Current sensor đưa vào khối - Sau khối Generator & drive tính tốn xử lý Tín hiệu đầu : tốc độ máy phát điện Sau khí khối Generator & drive tính tốn xử lý đưa chân R thông qua cảm biến RPM sensor đưa tốc độ máy phát download by : skknchat@gmail.com Sau giá trị tốc độ đưa vào đầu vào máy phát để xác định xem với tốc độ momen u cầu đủ hay chưa để điều khiển cách xác Máy phát điện đóng vai trị quan trọng: vừa tạo cung cấp lượng cho hệ thống khác xe hoạt động đồng thời tạo lượng cung cấp cho moto điện hoạt động 3.2.7 Khối Vehicle Dynamics - Hai bánh xe trái phải nhận tín hiệu N A , + N Tải trọng Fz tác dụng lên + A Tốc độ vòng quay trục bánh xe - Hai bánh xe xuất tín hiệu H bánh xe , H phản lực theo phương ngang tác dụng lên bánh xe => Do tính vận tốc - Phương trình cân lực kéo mj = Fk – Fc Tổng lực kéo : Fk = Fnr + Fnf Tổng lực cản : Fc = Fw +Fmđ Trong : j gia tốc NR hình vẽ lực kéo bánh sau NF hình vẽ lực kéo bánh trước Wind velocity lực cản gió Road incline lực cản từ mặt đường với góc beta Từ tính vận tốc bánh xe đưa qua hàm PSS để chuyển từ tín hiệu tỉnh sang tín hiệu số Vậy đưa tốc độ xe Hình 3.8 Sơ đồ khối Vehicle Dynamics download by : skknchat@gmail.com 3.2.8 Khối Electric Motor Ref_motor_rpm đưa vào khối Speed controller thông qua chân rpm_ref , chân khếch tán sử dụng với PID kết hợp với RPM sensor Từ chân kết hợp với đưa chân tín hiệu T_ref , sau đưa vào bên motor driver để điều khiển Trong : Ref_motor_rpm tốc độ yêu cầu motor Speed Controller xem vi xử lý RPM sensor cảm biến tốc độ T_ref chân tín hiệu bướm ga Hình 3.9 Sơ đồ khối Electric Motor 3.2.9 Khối DC: DC Conventer Hình 3.10 sơ đồ khối DC:DC Conventer download by : skknchat@gmail.com Khối DC:DC conventer biến đổi điện áp 201,6 V thành điện áp 12V nạp vào ắc qui phụ 3.2.10 Khối Battery Battery có nhiệm vụ nạp lưu trữ điện…ln ln giữ có lượng đẻ cung cấp cho hệ thống điện xe Khối Battery bao gồm: ● Nguồn 201.6 DC ● Điện trở 0.05 Ohm: Dùng để dập tắt dòng điện tạo sử dụng mô tơ thiết bị điện khác ● Bộ tính tốn Năng lượng, nạp, xả Battery ● Cảm biến điện áp: Chuyển đổi điện áp đo sang tín hiệu đưa vào Bộ tính toán cổng V-để xác định điện áp Battery ● Cảm biến dòng điện: Chuyển đổi dòng điện đo sang tín hiệu đưa vào Bộ tính tốn cổng I-để xác định dịng Battery Hình 3.10 Sơ đồ khối Battery 3.3 Kết mơ 3.3.1 Đồ thị số vịng quay Engine:Ban đầu thiết lập tốc độ ổn định cho động 15m/s khoảng n = 2000v/p từ 2s đến 8s tăng tốc từ 12s đến 18s giảm tốc n giữ khoảng 200v/p Vì trường hợp máy phát- bánh mặt trời có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ chiều kết hợp với tốc độ motor kéo-bánh bao bánh hành tinh để điều khiển xe download by : skknchat@gmail.com Generator: tăng tốc n máy phát giảm xuống n motor kéo tăng n động không đổi ngược lại cho trường hợp giảm tốc Motor kéo :khi tăng tốc n motor kéo tăng ngược lại Hinh 3.11 Đồ thị số vòng quay : Tím- Gennerator Xanh-Engine Vàng-Motor 3.3.2 Đồ thị tốc độ xe Khi nhận tín hiệu từ bàn đạp chân ga HV-ECU điều khiển để phối hợp cơng suất cấu chấp hành Xe chạy 15m/s (2s) tăng tốc lên 20m/s (8s) bắt đầu giảm tốc (12s) 15m/s (18s) Hình 3.12 Đồ thị tốc độ xe download by : skknchat@gmail.com 3.3.3 Đồ thị công suất Hình 3.13 Đồ thị cơng suất Vàng- Motor Đỏ -Battery Xanh- Engine Tím- Generater Đồ thị cơng suất phát nhận trình làm việc Battery: Từ 0s-2s n engine ổn định,acqui nhận lượng từ máy phát,khi tăng tốc acqui cung cấp lượng cho motor kéo,khi giảm tốc động từ bánh xe bị thu hồi chuyển thành lượng điện sử dụng để sạc cho acqui máy phát Khi trì tốc độ 20m/s cần lượng cung cấp cho motor kéo động khơng đủ trì tốc độ cơng suất phát trì 15m/s Engine: tốc độ động ổn định nên công suất phát không đổi Motor kéo:khi tốc độ ổ định 15m/s cơng suất phát cân với lượng từ động cung cấp cho,khi tăng tốc trì tốc độ cao cần cơng suất phát lớn cách nhận lượng từ máy phát battery để tăng tốc trì tốc độ 20m/svà ngược lại Generator: trường hợp động khơng ngừng hoạt động có tốc độ ổn định ln kéo máy phát quay nên máy phát nhận lượng từ động lượng nhận lớn lượng phát cho motor kéo download by : skknchat@gmail.com 3.3.4 Đồ thị tổng tiêu hao công suất battery,gennerator motor kéo Khi tốc độ ổn định 15m/s lượng động cung cấp cho battery ,gennerator motor kéo đủ dùng,sự mát xem cân với công suất động tạo ra,khi tăng tốc trì tốc độ cao tiêu hao lượng từ battery,của máy phát tăng để cung cấp cho motor kéo quay nhanh lúc cơng suất từ đồng cung cấp khơng đổi khơng đủ dùng.Khi giảm tốc tổng lượng nhận battery motor kéo từ thu hồi động từ bánh xe chuyển thành lượng điện nhỏ công suất từ máy phát phát để giảm tốc nên mát công suất Hình 3.14 Đồ thị tổng tiêu hao cơng suất battery,gennerator motor kéo download by : skknchat@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Đề tài “Phân tích hệ thống truyền lực điều khiển xe Hybrid Prius Toyota ” Đồ án tốt nghiệp –Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2008 [2]: Đề tài “Ứng dụng matlab mô điều khiển xe lai kiểu hỗn hợp” Đồ án tốt nghiệp –Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh năm 2017 download by : skknchat@gmail.com ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO MƠN HỌC Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING Môn học: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG GVHD :... cấu đề tài Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung đề tài Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học. .. NHẬN XÉT ĐỀ TÀI (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: 1.Nguyễn Minh Hiên - 171452874 2.Lê Quang Công Hậu - 17145285 3.Nguyễn Việt Phụng - 17145342 Tên đề tài: HYBRID VEHICLE MODELING