NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI XÂY DỰNG MÒ HÌNH KHẢO SÁT KHẢ NĂNG VẬN HÀNH CỦA XE ĐIỆN CỠ NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN NỘI ĐÔ SMALL ELECTRIC VEHICLE MODEL FOR INVESTIGATION OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS IN URBAN AREA Tr[.]
NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI XÂY DỰNG MỊ HÌNH KHẢO SÁT KHẢ NĂNG VẬN HÀNH CỦA XE ĐIỆN CỠ NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN NỘI ĐÔ SMALL ELECTRIC VEHICLE MODEL FOR INVESTIGATION OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS IN URBAN AREA Trần Quang Minh, Lê Văn Nghĩa, Đàm Hồng Phúc Nhóm chun mơn tơ Xe chuyên dụng, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TĨM TẮT Xe điện giải pháp thay cho ô tô truyền thống nhằm giải toán ô nhiễm môi trường đô thị giao thông thông minh Bài bảo xây dựng mô hĩnh khảo sát khả vận hành, lượng tiêu thụ xe điện chạy chu trình lải định khảo sát vận hành xe đô thị thông qua thông số động lực học vận tốc toi đa, thời gian tăng tốc, gia tốc 100% bàn đạp ga, vận tốc tối đa đường dốc lượng tiêu thụ lượng hết chu trình Kết mơ dùng đê đảnh giả tinh khả thi việc ứng dụng xe điện cỡ nhị nội Tù’ khóa: Mơ hĩnh xe điện ; Năng hỉợng tiêu thụ; Động lực học xe điện ABSTRACT Electric vehicles are the alternative to traditional cars that manufacturers care in order to solve the problems of urban environmental pollution and smart traffic The article proposes a model to examine the operation, energy consumption of electric vehicle running in a certain driving cycle and examine how it operates in city through dynamic parameters in terms of maximum speed, acceleration time, acceleration at 100%) accelerator pedal, maximum speed on ramps as well as energy consumption after one driving cycle The results will evaluate the feasibility of the application of electric vehicle configuration in urban area Keywords: Electric vehicle model; Energy consumption; Vehicle dynamic ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 60 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI l.ĐẶT VẤN ĐÈ Ngày nay, ô nhiễm môi trường vấn đề nghiêm trọng theo thống kê Tổ chức Thông tin Chất lượng Khơng khí Tồn cầu IQAir AirVisual dựa mức đo lượng bụi siêu mịn PM2.5/m3 Việt Nam đứng thứ 17, riêng Hà Nội TP Hồ Chí Minh nằm top 10 thành phố nhiễm khơng khí giới Cũng theo số liệu Tổ chức Y tế Thế giới WHO, Việt Nam nằm nhóm quốc gia có tỷ lệ tử vong cao nhiễm khơng khí [1,2], Ơ tô điện giải pháp nhà khoa học nhà sản xuất ô tô nghiên cứu phát triển nhằm giảm ô nhiễm đô thị Ớ Việt Nam có nghiên cứu tơ điện đời Vinfast VF e34, nhiên độ phô biến ô tô điện chưa cao Một vấn đề cần nghiên cứu khả vận hành xe điện nội đô Trong phạm vi báo trình bày khảo sát vận hành xe điện nội mơ hình Ket mô thông số động lực học ô tô điện vận tốc, gia tốc, hay lượng tiêu thụ vận hành số chu trình vận tốc, từ đưa đánh giá mức độ phù hợp xe điện XÂY DựNG MƠ HÌNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG VẬN HÀNH XE ĐIỆN a) Xây dựng mơ hình: Đối tượng nghiên cứu báo chọn xe Hongguang MINI EV, với thông số kỳ thuật bảng Bàng Bảng thông số xe tham khảo Thông số Ký hiệu Giá trị Momen lớn motor (Nm) Tmax 70 Công suất lớn motor (kW) P_ max 23,7 Khối lượng xe đầy tải (kg) m 726 Diện tích tiết diện mặt ngang xe (m2) A 1,875 Hệ số cản khơng khí Cw 0,3 Mật độ khơng khí (kg/m3) p 1,25 0,75 Khoảng cách trọng tâm đến cầu trước (m) Khoảng cách trọng tâm đến cầu sau (m) 1r 0,75 Chiều cao ưọng tâm (m) h 0,5 Hiệu suất hộp số V 0,95 Hiệu suất truyền lực nfd 0,95 Tỉ số truyền hộp số J* Tỉ số truyền truyền lực Hệ số cản lăn ifd Prot 1,81 3,078 0,01 ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn 61 NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI Mơ hình khảo sát khả vận hành xe điện xây dựng với khối hình Trong đó: Tmax - mô men lớn [Nm], Pmax - công st lớn nhât [W], omegac - vận tơc góc thay đơi [rad/s] Hình ỉ Sơ đồ khối mơ hình xe điện Khối chu trình lái nhiệt độ mơi trường (Input): Khối biểu diễn chu trình lái nhiệt độ mơi trường (25°C) thơng qua tín hiệu xung Khối mơ hình người lái (Driver model): Khối mơ hành vi người lái thông qua việc so sánh hai tín hiệu đầu vào vận tốc mong muốn vận tốc thực xe sử dụng điều khiển P.I.D tín hiệu bàn đạp ga Khối điều khiên motor (Motor control model): Khối mơ chuyển hóa từ tín hiệu đàu vào vị trí bàn đạp ga sang tín hiệu mô men mà motor cần phải đạt với độ trề 0,2s Khối mơ hình motor (BLDC motor model): Đường đặc tính động điện mơ tả hình [3], với hai phần tách biệt - phần mô men không đổi phần mô men bắt đầu giảm dần theo tốc độ Trong mơ hình xe điện, cơng suất motor điện tính theo cơng thức: p = omegac.T ° max Hình Đường đặc tinh động điện Khối mơ hình pin (Lead Acid Battery model): Hiện nay, xe điện sử dụng phổ biến hai loại pin pin chì axit pin lithium Tuy nhiên, để xe điện sử dụng rộng rãi giá thành cần giảm xuống, mặt khác pin chì axit đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng cho xe điện phạm vi báo sử dụng pin chì axit với dung lượng 200Ah để mơ Mơ hình pin chì axit sử dụng tham khảo từ [4], Khối mơ hình động lực học xe (Vehicle model): Khối mơ phương trình động lực học xe với tín hiệu đầu vào momen motor, vị trí bàn đạp ga đầu cho kết vận tốc xe số vòng quay motor Mơ hình động lực học xe xây dựng theo tài liệu tham khảo [5] Gia tốc xe xác định thơng qua phương trình (2): 0» + mỳ = (Fxf + (1) Trong đó: m - khối lượng xe đầy ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 62 -(Frf + Frr + Fr_mr + Fs/J (2) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 293, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI tải [kg], me - khối lượng quán tính quay tương đương [kg], V - gia tốc xe [m/s2], Fv//Fxr- lực kéo bánh trước/sau [N], Fr//Frr - lực cản lăn bánh trước/sau [N], Fr air - lực cản khơng khí [N], Fslope - lực cản dốc [N], Khối lượng quay tương đương tính theo cơng thức (3): me ~ {‘A’wft + Jfd + Jgjfd + (Ả + Jm)igbifd\ (3) Ch Trong đó: rwh - bán kính bánh xe [m], JTOh - momen quán tính bánh sau [kgm2], Jfí/ momen quán tính truyền lực trục quay [kgm2], Jgb - momen quán tính hộp số [kgm2], i - tỉ số truyền truyền lực chính, Je - momen quán tính động [kgm2], Jm - momen qn tính motor [kgm2], igb - tỉ sơ trun hộp sơ Trong đó: |1 - hệ số cản lăn, a - góc dốc, A - diện tích tiềt diện mặt ngang xe [m2], Cw - hệ số cản không khí, p - mật độ khơng khí [kg/m3] Lực kéo bánh xe trước/sau [5]: Fxf=Ff^f)Fzf, Fxr=nXS,iFZr (10-11) Trong đó: Ịi|/pr - hệ số bám bánh trước/sau, s/sr - độ trượt bánh trước/sau Mối quan hệ độ trượt hệ số bám thể đồ thị hình [5]: Tải trọng cầu trước/sau mơ tả phương trình (4), (5): F^TTT^r-hVC C- 'If m , (4-5) Trong đó: Fzy/Fzr - tải trọng cầu trước/ sau [N], g - gia tốc trọng trường [m/s2], h - chiều cao trọng tâm [m], 1Ậ - khoảng cách trọng tâm đến cầu trước/sau [m] Các lực cản lăn bánh xe trước/sau (6-7), lực cản dốc cản gió tính cơng thức (8-9) theo tài liệu tham khảo [6]: Frf = Fr_aữ , F„ = //rozẸ,.cos« = ^CwPr2, Fslope = wgsintz (6-7) (8-9) Độ trượt trình phanh tăng tốc tính theo cơng thức: V — co , r , s = - -Ks