(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng hệ thống truyền lực xe lai

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) Huỳnh Thịnh v CẢM TẠ Trước tiên, tác giả xin chân thành cảm ơn tất q thầy tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian tác giả học tập nghiên cứu để hoàn thành đề tài Sau, tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Phịng thí nghiệm Trọng điểm Động Đốt trong, Trường Đại học Bách khoa, Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh hỗ trợ nghiên cứu Đặc biệt tác giả xin cảm ơn TS Nguyễn Văn Trạng TS Phạm Tuấn Anh tận tình giúp đỡ, hướng dẫn suốt trình tác giả thực đồ án Cuối lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè ln quan tâm, động viên khích lệ Xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 vi TÓM TẮT Nghiên cứu thực đối tượng xe máy lai xăng – điện cải tạo từ xe Honda Lead 110cc với động điện không chổi than đặt trực tiếp bánh trước Bánh sau dẫn động hệ dẫn động nguyên xe Cả hai bánh có khả cung cấp công suất độc lập đồng thời cho xe di chuyển đường Nghiên cứu tập trung vào xây dựng mơ hình tốn mơ hoạt động hệ thống truyền lực, hệ thống lưu trữ lượng xe phần mềm Matlab – Simulink với thuật toán điều khiển phân phối công suất Rule – based control Kết mơ sử dụng dự đốn tính động lực học tính hiệu kinh tế nhiên liệu xe cải tiến Đồng thời sở để giải tốn tối ưu hóa phân phối công suất hai nguồn động lực Kết mô theo chu trình chạy thử với phương pháp điều khiển phân phối công suất đề xuất cho thấy tính động lực học xe lai khơng thua xe nền, mức tiêu thụ nhiên liệu tăng thêm 0,15 l/100 km Khi xe chạy mà chế độ sạc xe, từ nạp ắc quy đầy chạy đến ắc quy nửa xe tiêu thụ trung bình 2,38 l/100 km quãng đường 84,8 km, thấp 0.31 l so với xe Điều cho thấy phương pháp cải tạo xe theo cấu trúc plug – in hybrid, cấu trúc lai có sạc từ nguồn điện ngồi, có tính kinh tế Kết tối ưu hóa điều khiển phân phối công suất làm mức nhiên liệu tiêu thụ xe plug – in hybrid 2,11 l/100 km, giảm 0,58 l/100 km so với xe Quãng đường ngắn hơn, 48,49 km thỏa mãn điều kiện di chuyển đặt vii ABSTRACT This study presents a research related to Hybrid Electric Motorcycle (HEM) with a direct-driven front wheel motor renovated from Honda Lead 110cc While the rear wheel is driven by powertrain integrated with a continuously variable transmission (CVT) as its origin Both of them are able to provide propulsion torque separately or simultaneously Developing mathematical model and simulation of hybrid powertrain system and energy storage systems of HEM are purpose of this study A rule-based structure is used to design the power split controller of the proposed HEM Fuel economy and performance characteristics of the proposed design will be evaluated by a dynamic simulation model in Matlab /Simulink In addition, optimal control problems of HEM will be solved The results of simulation in Matlab/Simulink using typical urban driving cycles show that HEM’s performance characteristics are as well as original one However, it consumes 0,15 l of fuel per 100 km more than the others Unless using charging mode, the improvement of fuel consumption will be 0,31 l/100 km over a distance of 84,8 km Therefore, renovating a traditional motorcycle as a plug – in HEM is a better choice The results of power split optimization show that fuel consumption of plug – in HEM is just 2,11 l per 100 km now and 0,58 l less than original motorcycle Beside that, the total using distance of plug – in HEM is 48,49 km It satisfies regular using conditions in Vietnamese cities viii MỤC LỤC TRANG Trang tựa i Quyết định giao đề tài ii Xác nhận hoàn thành luận văn tốt nghiệp iii Lý lịch cá nhân iv Lời cam đoan v Cảm tạ vi Tóm tắt vii Mục lục ix Danh sách chữ viết tắt/ký hiệu khoa học xii Danh sách hình xvi Danh sách bảng xx Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 1.2.1 Mục tiêu đề tài 1.2.2 Nhiệm vụ đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết 1.4.2 Phương pháp toán học 1.4.3 Phương pháp mơ hình hóa 1.4.4 Phương pháp thực nghiệm Tình hình nghiên cứu đề tài ngồi nước 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 1.4 1.5 ix 1.5.2 Tình hình nghiên cứu giới Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG XE HYBRID 11 2.1 Khái niệm xe hybrid 11 2.2 Cấu trúc hệ thống truyền lực hybrid xăng – điện 13 2.2.1 Truyền lực hybrid điện nối tiếp 14 2.2.2 Truyền lực hybrid điện song song 15 2.2.3 Truyền lực hybrid điện phức hợp 17 2.2.4 Plug – in hybrid 18 2.3 Các thành phần hệ thống truyền lực hệ thống lưu trữ lượng xe hybrid xăng – điện 2.4 2.3.1 Hệ thống lưu trữ lượng 19 2.3.2 Nguồn cơng suất 22 2.3.3 Động điện 24 2.3.4 Bộ điều khiển điện tử 29 Phương pháp cải tạo xe Honda Lead 110cc thành xe máy hybrid xăng – điện 2.5 19 29 Cơ sở lý thuyết mơ hình hóa mơ 33 2.5.1 Các khái niệm mơ hình hóa mơ 33 2.5.2 Vai trị phương pháp mơ hình hóa hệ thống 34 2.5.3 Phân loại mơ hình hóa hệ thống 35 2.5.4 Phương pháp mơ 36 Chương 3: MƠ HÌNH HĨA XE MÁY HYBRID XĂNG – ĐIỆN VÀ MƠ PHỎNG VỚI THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI 37 CÔNG SUẤT RULE – BASED CONTROL 3.1 Mơ hình hóa người lái 37 3.2 Mơ hình hóa động đốt hệ thống truyền lực 38 3.3 Mơ hình hóa động điện 40 3.4 Mơ hình hóa hệ thống lưu trữ lượng 42 x 3.5 Mơ hình hóa động lực học thân xe 3.6 Mơ hình hóa điều khiển phân phối cơng suất kiểu Rule – based control 3.7 Mô xe máy hybrid với điều khiển dùng Rule – based control Chương 4: TỐI ƯU HĨA THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT 43 43 47 55 4.1 Phương pháp quy hoạch động 55 4.2 Phương pháp quy hoạch động giải toán tối ưu rời rạc 57 4.2.1 Bài tốn điều khiển tối ưu hóa động rời rạc 57 4.2.2 Phương pháp quy hoạch động giải toán điều khiển tối ưu rời rạc 4.3 Ứng dụng phương pháp quy hoạch động giải toán tối ưu phân phối công suất xe máy plug – in hybrid xăng – điện 4.3.1 Bài tốn tối ưu hóa phân phối cơng suất xe máy plug – in hybrid xăng – điện theo q trình chạy biết trước 4.3.2 Bài tốn tối ưu hóa điều khiển phân phối cơng suất xe máy plug – in hybrid 4.4 Mô xe máy hybrid với thuật tốn phân phối cơng suất tối ưu 58 58 59 60 63 Chương 5: KẾT LUẬN 74 5.1 Kết luận 74 5.2 Khuyến nghị hướng phát triển 74 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 1: MƠ HÌNH VÀ CODE TRONG CHƯƠNG TRÌNH MATLAB/SIMULINK PHỤ LỤC 2: HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG CÁC BẢNG TRA SỐ LIỆU xi 79 89 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT/KÝ HIỆU KHOA HỌC CHỮ VIẾT TẮT/KÝ HIỆU KHOA HỌC Ý NGHĨA Af Diện tích cản gió (m2) α Góc dốc (rad) α, β, δ Trọng số nồng độ khí thải CO, HC, NOx hàm chi phí tức thời Cd Hệ số cản khí động học  Hệ số ảnh hưởng chi phí dự kiến e Sai lệch vận tốc chu trình vận tốc mô (m/s) f Hệ số cản lăn Faero Lực cản khí động học (N) Fdemand Lực kéo yêu cầu (N) Fgrade Lực cản leo dốc (N) Femission Nổng độ khí thải trung bình femission Nồng độ khí thải tức thời Fload Tổng lực cản (N) FPI Lực yêu cầu tính theo thuật tốn PI (N) Frolling Lực cản lăn (N) g Gia tốc trọng trường (m/s2) γ Trọng số độ chênh lệch SOC hàm chi phí tức thời ge Hàm chi phí tức thời gfuel Lượng nhiên liệu tiêu hao đơn vị thời gian (g/s) xii Gfuel Tổng lượng nhiên liệu tiêu hao (g) i Dòng điện (A) ih Tỉ số truyền hộp số Jπ Giá trị hàm mục tiêu thực theo quy luật điều khiển π Jk* Cực tiểu hàm mục tiêu J trạng thái thứ k Jmotor Moment quán tính motor (kg.m2) k1, k2 Hằng số chia công suất m Khối lượng xe (kg) mijl Số lần mà vận tốc Vl, công suất yêu cầu i Pdemand công suất yêu cầu thời điểm sau j Pdemand chu trình chạy thử khảo sát mil i Số lần mà công suất yêu cầu Pdemand vận tốc Vl bat Hệ số Coulombic ắc quy h Hiệu suất hộp số m Hiệu suất động điện ρ Khối lượng riêng khơng khí (kg/m3) π Quy luật điều khiển tối ưu Pbrake Công suất phanh (W) Pcharge Công suất nạp ắc quy (W) cấu hình xe máy lai có chế độ sạc Pdemand Cơng suất kéo u cầu (W) Pe Công suất kéo phân phối bánh sau (W) Peff_min Giới hạn công suất vùng hiệu suất cao động đốt (W) Peff_max Giới hạn công suất vùng hiệu suất cao động đốt (W) Pelec Công suất điện yêu cầu ắc quy (W) xiii pijl Xác suất chuyển từ trạng thái công suất yêu cầu i j sang Pdemand tốc độ Vl Pdemand pxx’ Xác suất chuyển từ trạng thái x sang x’ Qi Dung lượng ắc quy chế độ dịng phóng i (Ah) r Điện trở ắc quy (Ω) SOC0 Giá trị SOC thời điểm ban đầu SOCmin Giới hạn SOC cho phép SOCmax Giới hạn SOC cho phép t Thời gian (s) θth Độ mở bướm ga (%) Te Moment xoắn động (Nm) Te min, Te max Giới hạn moment xoắn động (Nm) Tin1, Tin2 Moment hai đầu vào chia công suất (Nm) Tk Moment kéo bánh sau (Nm) Tloss Moment tổn thất motor điện (Nm) Tm Moment xoắn motor điện (Nm) Tm_demand Moment xoắn yêu cầu bánh trước (Nm) Tm_min, Tm_max Moment xoắn cực tiêu cực đại motor (Nm) Tout _ CVT Moment cản pulley bị động hộp số CVT Tout Moment đầu chia cơng suất (Nm) u Vector tín hiệu điều khiển UHV Điện áp đặt vào hai đầu motor (V) UOC Điện áp hở mạch hai đầu ắc quy (V) Ur Sụt áp điện trở ắc quy (V) Vact Vận tốc đạt theo mô (m/s) Vdemand Vận tốc yêu cầu theo chu trình chạy thử (m/s) ωin1, ωin2 Tốc độ góc hai đầu vào chia cơng suất (rad/s) ωe Tốc độ động (rad/s) xiv PHỤ LỤC 1: MƠ HÌNH VÀ CODE TRONG CHƯƠNG TRÌNH MATLAB/SIMULINK Mơ hình người lái Matlab/Simulink Mơ hình động hệ thống truyền lực Matlab/Simulink Mơ hình động điện Matlab/Simulink 79 Mơ hình điều khiển phân phối cơng suất Matlab/Simulink Mơ hình hệ thống lưu trữ lượng Matlab/Simulink 80 Mơ hình động lực học thân xe Matlab/Simulink Code chương trình điều khiển phân phối công suất theo Rule – based control function [Pe_demand,Pm_demand, MODE_NUM=0; P_brake, MODE_NUM, ModeSet] = else if SOC>SOC_max fcn(P_demand, SOC, SOC_min, MODE_NUM=1; SOC_max, Peff_max, Peff_min, MODE_NUM1, Pm_max, P_charge) else if SOC>=SOC_min && SOC=Peff_max) && Pm_max); (P_demand