Hcmute nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong điều khiển tối ưu hóa hệ thống quản lý năng lượng trên xe lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN XE LAI MÃ SỐ: T2018-18TĐ SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN XE LAI MÃ SỐ: T2018-18TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Huỳnh Q́c Việt Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 Luan van BM 08TĐ Thông tin kết nghiên cứu TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tp HCM, Ngày 10 tháng năm 2019 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng logic mờ điều khiển tối ưu hóa hệ thống quản lý lượng xe lai - Mã số: T2018-18TĐ - Chủ nhiệm: Huỳnh Quốc Việt - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu: Nghiên cứu, tính tốn, mơ trình quản lý lượng xe lai Ứng dụng logic mờ điều khiển tối ưu trình quản lý lượng để cải thiện tính hiệu suất làm việc xe Tính sáng tạo: Đề tài sử dụng công cụ tính tốn, mơ Matlab/Simulink tích hợp phương pháp điều khiển Fuzzy logic để trì trạng thái nạp tối ưu cho hệ thống tích trữ lượng Kết nghiên cứu: Ứng dụng Matlab/Simulink tính tốn, mơ giải tốn thiết kế, điều khiển tối ưu Ứng dụng fuzzy logic thiết kế chiến thuật mô cho điều khiển phân phối lực kéo lực phanh cho điều khiển nhằm vận hành xe lai cách tối ưu Sản phẩm: - Bài báo đăng tạp chí Khoa học giáo dục kỹ thuật Bản thuyết minh nội dung đề tài Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Với chương trình mơ phỏng, thiết kế điều khiển logic mờ sẽ rút ngắn thời gian, công sức tối ưu hóa việc điều khiển xe lai Với kết nghiên cứu đề tài, sản phẩm đề tài đáp ứng nhu cầu cần thiết tốn tối ưu cho xe lai nói riêng ô tô nói chung Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Huỳnh Quốc Việt Luan van BM 09TĐ Thông tin kết nghiên cứu tiếng Anh INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Applying fuzzy logic for optimizing the energy management system on hybrid electric vehicle Code number: T2018-18TĐ Coordinator: Huynh Quoc Viet Implementing institution: HCMC University of Technology and Education Duration: from 05/ 2018 to 05/ 2019 Objective(s): Applying the calculated toolbox to model and simulate the energy management system on HEVs Especially, using the fuzzy logic to design the traction torque and braking torque controller improving performances of HEV Creativeness and innovativeness: The project has applied MatLab/ Simulink software and fuzzy logic toolbox to maintain the optimized SOC range for the energy management system on HEVs Research results: - Using MatLab/Simulink to model and simulate the design and optimization problems - Using Fuzzy logic toolbox to design the traction torque and braking torque controller satisfying the require driver Products: - Paper publics on Journal of Technical Education Science - Distinguished project report Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - With the results of project, the effort to design the controller on hybrid electric vehicle will be shortening - And, the project will be background to research energy optimized problems on HEVs Luan van MỤC LỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG HYBRID HỖN HỢP 1.1 Động 1NZ-FXE 1.2 Hộp số Hybrid 1.3 MG1 MG2 1.4 Bộ phân chia công suất (Power-Split Device) 1.5 Bộ chuyển đổi điện 1.6 Nguồn cao áp 10 1.7 Chiến thuật điều khiển 12 1.8 Điều khiển phanh tái sinh 18 1.9 Giảm tốc xe hệ số bám mặt đường 19 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG XE LAI KIỂU HỖN HỢP 20 2.1 Thông số xe mô 20 2.2 Mơ hình mơ 20 Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 34 3.1 Đáp ứng yêu cầu người lái 34 3.2 Suất tiêu hao nhiên liệu 34 3.3 Duy trì trạng thái hoạt động ắc qui 37 3.4 Kết luận 38 3.5 Kết đạt được 38 Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống Hình 1.2 Động 1NZ-FXE Hình 1.3 Hộp số Hybrid Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển MG1, MG2 Hình 1.5 Bộ bánh hành tinh Hình 1.6 Bộ phận chia cơng suất Hình 1.7 Bộ chuyển đổi DC-DC Hình 1.8 Bộ chuyển đổi AC 10 Hình 1.9 Ắc qui HV 11 Hình 1.10 Đồ thị moment theo số vịng quay động 12 Hình 1.11 Mối liên hệ vân tốc moment 14 Hình 1.12 Phương pháp kiểm soát moment 16 Hình 1.13 Phân bố lực phanh bánh trước bánh sau 19 Hình 2.1 Tổng quan mơ hình matlab/simulink 20 Hình 2.2 Khối Driver 21 Hình 2.3 Khối Vehicle 22 Hình 2.4 Thành phần khối Hybrid Systems 23 Hình 2.5 Khối Electrical 23 Hình 2.6 Khối Engine 24 Hình 2.7 Khối PSD 25 Hình 2.8 Sơ đồ chiến thuật điều khiển 28 Hình 2.9 Mô men kéo yêu cầu 29 Hình 2.10 Tín hiệu đầu vào SOC 30 Hình 2.11 Tín hiệu đầu vào tốc độ xe 30 Hình 2.12 Tín hiệu đầu mô men ICE 30 Hình 2.13 Tín hiệu đầu tốc độ ICE 31 Hình 2.14 Chiến thuật phân phối mô men phanh cầu trước / sau 32 Luan van Hình 2.15 Tín hiệu đầu vào mô men phanh 32 Hình 2.16 Tín hiệu đầu vào tốc độ xe 33 Hình 2.17 Tín hiệu đầu vào trạng thái sạc 33 Hình 2.18 Đầu điều khiển phanh 33 Hình 3.1 Vận tốc mơ vận tốc mong muốn xe chu trình NEDC 34 Hình 3.2 Tỷ số mơ men phanh tái sinh mô men cần phanh 35 Hình 3.3 Các điểm hoạt động ICE 35 Hình 3.4 Các điểm hoạt động EM 36 Hình 3.5 Các điểm hoạt động EG 36 Hình 3.6 Sự thay đổi SOC ắc qui chu trình ECE-15 37 Luan van DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đặc điểm thông số kỹ thuật động 1NZ-FXE Bảng 1.2 Thông số kĩ thuật hộp số Hybrid Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật MG1 Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật MG2 Bảng 1.5 Mối quan hệ thành phần phân chia công suất Bảng 1.6 Mối liên hệ tốc độ xe công suất ứng với tốc độ quay động mô tơ Bảng 2.7 Bảng thông số xe mô 21 Bảng 3.1 Tiêu hao nhiên liệu hiệu 38 Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký Hiệu Chữ viết tắt AGM Absorbed Glass Mat CVT Continuously Variable Transmission ECM Electronic Control Module ECU Electronic Control Unit EVT Electric Variable Transmission GB Gear Box HEV Hybrid Electric Vehicle HV High Voltage ICE Internal Combustion Engine IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor M/G Motor/ Generator MG1 Motor Generator MG2 Motor Generator PEHV Petroleum Electric Hybrid Vehicle PLG Planetary Gear PPS Peaking Power Source PSD Power Split Device RESS Rechargeable Energy Storage System SMR System Main Relay SOC State Of Charge SOCH State Of Charge Hight SOCL State Of Charge Low THS Toyota Hybrid System TM Traction Motor RPM Revolutions Per Minute Luan van Phần ĐẶT VẤN ĐỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài “nghiên cứu, ứng dụng logic mờ để quản lý dòng lượng mô điều khiển xe lai điện kiểu hỗn hợp” đề tài theo hướng tính tốn tối ưu thiết kế, điều khiển; Hiện nay, ngành ô tô nước ta dừng lại việc khai thác bảo trì, chưa có nhiều tài liệu nghiên cứu tính tốn thơng số để điều khiển tối ưu tơ, đặc biệt tơ lai Vì vậy, đề tài việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab/ Simulink tính tốn, mơ phỏng, mơ hình hóa dịng lượng xe lai Bên cạnh đó, việc kết hợp thêm với công cụ logic mờ giúp người nghiên cứu thiết kế điều khiển giúp ô tô lai phân phối công suất cách hiệu quả, tăng cường hiệu tái tạo lượng phanh Đối tượng nghiên cứu trực tiếp đề tài xe lai, phần mềm simulink/matlab công cụ hỗ trợ khác fuzzy logic Do điều kiện thời gian tài liệu tham khảo có hạn, phạm vi đề tài người nghiên cứu tính tốn, mơ phân phối dịng lượng xe lai kiểu hỗn hợp Ở đây, người nghiên cứu tính tốn tối ưu theo thơng số có sẵn xe lai Toyota Prius 2004 Từ kết đó, ta làm sở để mở rộng tính tốn, thiết kế điều khiển cho tất loại tơ lai du lịch nói chung I Hệ thống xe lai xu hướng phát triển mạnh mẽ giới, Việt Nam chưa có nghiên cứu đề cập đến Vấn đề xe lai đặt tối ưu hóa lượng cho hệ thống Để theo kịp phát triển công nghệ, đề tài nghiên cứu ứng dụng ưu việc logic mờ điều khiển để tối ưu hóa việc truyền động cơng suất lưu trữ lượng theo chế độ hoạt động thực tế Với nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu lý thuyết kiểu truyền động sử dụng xe lai - Nghiên cứu lý thuyết điều khiển logic mờ - Nghiên cứu lý thuyết tính tốn, mơ simulink/Matlab - Thực chương trình tính tốn mơ xe lai - Thực chương trình tối ưu hóa lượng cho xe lai - Chạy chương trình mơ phân tích kết mô - Viết báo cáo II CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận - Tiếp cận lý thuyết: đề tài dựa phân tích hệ thống điều khiển xe lai thực tế, tính tốn thiết kế hệ thống xe lai phần mềm chuyên ngành - Tiếp cận mô phỏng: sở lý thuyết, tiến hành mơ hình hố tính tốn mơ số để tối ưu hố hệ thống quản lý lượng Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu phân tích tổng hợp lý thuyết - Phương pháp mơ hình hố - Phương pháp tốn học - Phương pháp giả thuyết - Phương pháp điều tra I Luan van 29 Trường hợp Vx > VH Hình 2.8 Sơ đồ chiến thuật điều khiển  Nếu Vx thấp mức SOC lớn mức giới hạn u cầu cơng suất cung cấp motor Ngược lại, với mức SOC bé mức giới hạn u cầu cơng suất cung cấp động cơ, mặt khác động trích phần lượng cung cấp cho máy phát nạp vào acquy cao áp tùy thuộc vào chế độ hoạt động engine mà tùy vào thuật toán điều khiển mà chạy động SOC trung bình hoạt cao  Nếu Vx trung bình, cơng suất yêu cầu bé công suất mà động hoạt động tối ưu sinh với SOC