Nghiên cứu chiến lược phanh tái sinh cho ô tô điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chiến lược phanh tái sinh cho ô tô điện NGUYỄN HỮU PHƯỢNG Phuong.NH202291M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật ô tơ Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Đàm Hồng Phúc Chữ ký GVHD Viện: Cơ khí động lực HÀ NỘI, 09/2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : ………………………………… …………… Đề tài luận văn: ………………………………………… …………… .… Chuyên ngành:…………………………… ………………… … Mã số SV:………………………………… ………………… … Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… .………… với nội dung sau: …………………………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………………… …………… ……………………………………………………………………………………… …………………… ……………………………………………………………………………… …………………………… Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Mẫu 1c ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Họ tên học viên: Nguyễn Hữu Phượng MSHV: 20202291M Chuyên ngành: Kỹ thuật Ơ tơ Lớp: 20BKOTO Người hướng dẫn: PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Đơn vị (BM, khoa, viện, trường): Khoa Cơ khí động lực, Trường Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tên đề tài (tiếng Việt): Nghiên cứu chiến lược phanh tái sinh cho ô tô điện Tên đề tài (tiếng Anh): Regenerative Braking Strategy for Electric Vehicle Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Nhằm nâng cao hiệu suất lượng ô tô điện, phanh tái sinh có nhiệm vụ hấp thụ động tơ phanh để nạp lại điện cho ắc quy Tuy nhiên, cần phải có chiến lược phanh hợp lý phối hợp hệ thống phanh điện phanh khí để vừa đảm bảo hấp thụ tối đa lượng hiệu phanh Đề tài nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng cường độ phanh tới khả hấp thụ lượng hiệu phanh, để từ đưa chiến lược phanh tái sinh phù hợp Mục đích đề tài (các kết cần đạt được): Xây dựng chiến lược phanh tái sinh Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Tìm hiểu tổng quan phanh tái sinh - Tìm hiểu trình phanh phối hợp phanh đĩa phanh tái sinh - Xây dựng mơ hình mơ q trình phanh tơ điện - Đánh giá ảnh hưởng cường độ phanh tới khả hấp thụ lượng hiệu phanh 10 Dự kiến kế hoạch thực hiện: - Tìm hiểu tổng quan vấn đề nghiên cứu: 09-12/2020 - Nghiên cứu lý thuyết xây dựng phương pháp tính tốn: 01-06/2021 - Xác định thông số kêt cấu cần thiết cho tính tốn: 07-09/2021 - Tính tốn, khảo sát đánh giá kết quả: 10-11/2021 - Viết luận văn 12-01/2022 Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên LỜI CẢM ƠN Để thực luận văn này, em xin cảm ơn thầy Đàm Hoàng Phúc bảo tận tình trình hướng dẫn giúp đỡ thầy cô, anh chị bạn bè mơn Ơ tơ xe chun dụng nói riêng khoa Cơ khí động lực nói chung Do vốn kiến thức cịn hạn chế thời gian có hạn nên luận văn cịn nhiều thiếu sót, mong đóng góp thầy để luận văn em hoàn thiện HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn nghiên cứu chiến lược phanh tái sinh cho ô tơ điện mục tiêu tìm hiểu đánh giá hiệu hệ thống phanh tái sinh Phần “Tổng quan xe điện” nêu định nghĩa cấu tạo, chức nhiệm vụ phận xe điện Trong phần hai “Hệ thống phanh tái sinh” lợi ích việc sử dụng phanh tái sinh yếu tố ảnh hưởng đến trình phanh tái sinh xe điện bao gồm ảnh hưởng lốp, ảnh hưởng ổn định hướng, ảnh hưởng gia tốc phanh, ảnh hưởng công suất mô tơ điện Phần ba “Nguyên lý thiết kế điều khiển hệ thống phanh” xác định lực phanh yêu cầu, xây dựng đường lực phanh lý tưởng, đưa bốn chiến lược thiết kế hệ thống phanh gồm: thiết kế điều khiển tỉ lệ cố định; thiết kế tỉ lệ lực phanh cố định tối đa lực phanh tái sinh; thiết kế tỉ lệ lực phanh tối ưu; thiết kế tỉ lệ lực phanh tối ưu tối đa lực phanh tái sinh Và phần cuối “Mơ hình tính tốn điều khiển phanh” xây dựng cơng thức tính tốn thuật toán điều khiển phanh tái sinh với chiến lược thiết kế tỉ lệ lực phanh tối ưu xe Nissan Leaf 2015 qua đánh giá hiệu phanh tái sinh dải tốc độ cường độ phanh khác Qua bốn phần luận văn, xây dựng thuật toán điều khiển tính tốn lực phanh cầu điều kiện phanh tái sinh lớn lực phanh yêu cầu nhỏ lực phanh yêu cầu Kết thu sở để thấy hiệu phanh tái sinh lớn loại bỏ phanh ma sát tương lai mặt lực phanh yêu cầu công suất mơ tơ tăng lên tính tốn thiết kế hệ thống phanh cho loại xe điện HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN 11 1.1 Khái niệm ô tô điện 11 1.1.1 Ưu nhược điểm ô tô điện 11 1.1.2 Tính kinh tế tơ điện 11 1.2 Cấu tạo ô tô điện 12 1.2.1 Motor điện 12 1.2.2 Pin cao áp 12 1.2.3 Hộp số 17 1.2.4 Bộ điều khiển điện tử chuyển đổi điện 17 CHƯƠNG HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH 18 2.1 Công dụng, yêu cầu hệ thống phanh tái sinh lượng 18 2.1.1 Công dụng 18 2.1.2 Yêu cầu hệ thống phanh tái sinh 18 2.2 Hệ thống phanh tái sinh ô tô điện 18 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phanh tái sinh 19 2.3.1 Ảnh hưởng lốp xe đến phanh 19 2.3.2 Ảnh hưởng ổn định hướng phanh 21 2.3.3 Ảnh hưởng gia tốc phanh 22 2.3.4 Ảnh hưởng công suất máy phát điện 24 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHANH 29 3.1 Tính tốn phân bố lực phanh 29 3.1.1 Tổng lực phanh 29 3.1.2 Phân bố lực phanh 30 3.1.3 Điều chỉnh lực phanh 35 3.2 Chiến lược phân bố lực phanh tái sinh ma sát 38 3.2.1 Nguyên lý thiết kế điều khiển tỷ lệ cố định 40 3.2.2 Thiết kế tỷ lệ cố định tối đa lực phanh tái sinh 41 3.2.3 Chiến lược thiết kế tỷ lệ phân bố lực phanh tối ưu 43 3.2.4 Chiến lược thiết kế phân bố lực phanh tối ưu phanh tái sinh 44 CHƯƠNG MƠ hình tính tốn điều khiển phanh 47 4.1 Thông số kết cấu xe tham khảo 47 4.2 Mô men phanh tái sinh 47 4.3 Lực phanh tái sinh 48 4.4 Mô men phanh ma sát 49 4.5 Thuật tốn điều khiển mơ men phanh 50 4.6 Khả phanh tái sinh 52 4.6.1 Xây dựng đường tỷ lệ lực phanh 52 4.6.2 Lực phanh tái sinh mô tơ điện 54 4.6.3 Xác định áp suất thuỷ lực cầu 55 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo khối pin xe Tesla 13 Hình 1.2 Q trình phóng ắc quy chì - axit 14 Hình 1.3 Quá trình nạp ắc quy chì - axit 14 Hình 1.4 Q trình phóng pin lithium 15 Hình 1.5 Cấu tạo hộp số xe điện 17 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh tái sinh 19 Hình 2.2 Sự biến dạng lốp chuyển động 20 Hình 2.3 Mối quan hệ độ trượt hệ số bám 20 Hình 2.4 Mối quan hệ góc trượt lực ngang 21 Hình 2.5 Ảnh hưởng ổn định hướng phanh 21 Hình 2.6 Tải trọng phân bố cầu xe đứng yên 22 Hình 2.7 Tải trọng phân bố cầu phanh 23 Hình 2.8 Mối quan hệ tỷ số P/m khoảng cách dừng 26 Hình 2.9 Mối quan hệ vận tốc ban đầu, lực phanh khoảng cách dừng 28 Hình 3.1 Mối quan hệ hệ số bám trượt 30 Hình 3.2 Các lực tác dụng lên xe phanh 31 Hình 3.3 Tỷ lệ phân bố lực phanh cầu với trọng lượng xe 33 Hình 3.4 Đường phân bố lực phanh lý tưởng cố định 35 Hình 3.5 Đường phân bố lực phanh cố định phía đường lý tưởng 36 Hình 3.6 Đường phân bố lực phanh cố định phía đường lý tưởng 36 Hình 3.7 Đường điều chỉnh ECE 37 Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống phanh xe điện 38 Hình 3.9 Cấu tạo chấp hành phanh điện 39 Hình 3.10 Phân bố lực phanh điện khí với tỷ lệ cố định 40 Hình 3.11 Phân bố lực phanh cố định tối đa lực phanh tái sinh 41 Hình 3.12 Ảnh hưởng yếu tố khác đến phanh tái sinh 42 Hình 3.13 Phân bố tỷ lệ lực phanh lý tưởng 44 Hình 3.14 Phân bố tỷ lê lực phanh tối đa phanh tái sinh 45 Hình 4.1 Ảnh hưởng tốc độ động điện đến mô men phanh tái sinh 48 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh xe điện 50 Hình 4.3 Sơ đồ khối điều khiển phanh tái sinh 51 Hình 4.4 Đường lực phanh lý tưởng xe Nissan Leaf 53 Hình 4.5 Biểu đồ lực phanh yêu cầu lực phanh tái sinh tốc độ 20 km/h 56 Hình 4.6 Biểu đồ lực phanh yêu cầu lực phanh tái sinh tốc độ 40 km/h 58 Hình 4.7 Biểu đồ lực phanh yêu cầu lực phanh tái sinh tốc độ 60 km/h 59 Hình 4.8 Lực phanh tái sinh cầu trước 90 km/h Tesla Model 61 Hình 4.9 Phần trăm phanh tái sinh cầu sau 90 km/h Tesla Model 62 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tỷ số P/m xe điện 27 Bảng 4.1 Thông số kế cấu xe Nissan Leaf 2015 47 Bảng 4.2 Giá trị lực phanh cầu với cường độ phanh 53 Bảng 4.3 Quan hệ vận tốc xe lực phanh tái sinh 54 Bảng 4.4 Mối quan hệ lực phanh với cường độ phanh vận tốc 20 km/h 55 Bảng 4.5 Áp suất thuỷ lực cầu với vận tốc xe 20 km/h 57 Bảng 4.6 Mối quan hệ lực phanh với cường độ phanh vận tốc 40 km/h 57 Bảng 4.7 Áp suất thuỷ lực cầu vận tốc 40 km/h 58 Bảng 4.8 Mối quan hệ lực phanh với cường độ phanh vận tốc 60 km/h 59 Bảng 4.9 Áp suất thuỷ lực cầu với vận tốc xe 60 km/h 60 Bảng 4.10 Lực phanh tái sinh đáp ứng vận tốc cường độ phanh khác 60 10 𝑃𝑃 = 𝑚𝑚 𝜋𝜋 𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 Với bán kính trung bình rm xác định dựa thông số má phanh, với R bán kính lớn r bán kính nhỏ má phanh, giá trị trung bình đại diện cho điểm tập trung lực ma sát phanh 𝑟𝑟𝑚𝑚 = 𝑅𝑅 + 𝑟𝑟 Khi mơ men phanh ma sát bánh tính bằng: 𝜋𝜋 𝑑𝑑 𝑅𝑅 + 𝑟𝑟 𝑀𝑀𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝜇𝜇𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚 𝑝𝑝𝑡𝑡 4.5 Thuật toán điều khiển mơ men phanh PT 4.4 Hình 4.2 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh xe điện Để xây dựng thuật tốn điều khiển mơ men phanh tái sinh ta cần xác định lực phanh cầu trước cầu sau Khi so sánh lực phanh yêu cầu cầu trước với lực phanh tái sinh lực phanh cầu trước Fbf nhỏ lực phanh tái sinh Fts lúc bánh trước sử dụng phanh tái sinh ngược lại lực phanh yêu cầu 50 cầu trước lớn lực phanh tái sinh đáp ứng phanh cầu trước kết hợp phanh tái sinh phanh ma sát Hình 4.3 Sơ đồ khối điều khiển phanh tái sinh Lực phanh ma sát cần để đảm bảo lực phanh cầu trước bằng: 51 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚_𝑏𝑏𝑏𝑏 = 𝐹𝐹𝑏𝑏𝑏𝑏 − 𝐹𝐹𝑡𝑡𝑠𝑠 PT 4.5 Lại có lực phanh ma sát cầu trước xác định: PT 4.6 𝜋𝜋 𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑡𝑡 Từ giá trị Fms_bf ta xác định áp suất thuỷ lực xy lanh phanh bánh trước để đảm bảo tổng lực phanh bánh trước Fbf: 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚_𝑏𝑏𝑏𝑏 = 2.2 𝜇𝜇𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑝𝑝𝑡𝑡 = 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚_𝑏𝑏𝑏𝑏 𝜇𝜇𝑚𝑚𝑚𝑚 𝜋𝜋𝑑𝑑 PT 4.7 Việc xác định cần sử dụng phanh tái sinh hay ma sát áp suất thuỷ lực cần thiết để đảm bảo tổng lực phanh lực phanh cầu với tỷ lệ xác định ta xây dụng sơ đồ thuật tốn để điều khiển phanh Khi tính áp suất thuỷ lực cần thiết đến bánh xe, lúc chấp hành bánh xe thực điều khiển áp suất đến cụm phanh thực phanh xe lại 4.6 Khả phanh tái sinh Từ tín hiệu thu thập tốc độ xe, gia tốc phanh, tín hiệu bàn đạp phanh, tính tốn mơ men phanh tái sinh Với xe tham khảo Nissan Leaf 2015 với thông số mô tả bảng 3.1 với chiều dài La = 0,9 m, Lb = 1,8 m chiều cao trọng tâm hg 0,36 m Khi với vận tốc cường độ phanh khác ta đưa lực phanh cầu lực phanh tái sinh đáp ứng 4.6.1 Xây dựng đường tỷ lệ lực phanh Lựa chọn chiến lược thiết kế lực phanh lý tưởng tối ưu cho mô hình khảo sát ta xác định đồ thị phân bố lực phanh cầu với khối lượng xe Từ PT 3.7 ta có: 𝐹𝐹𝑏𝑏𝑏𝑏 𝐹𝐹𝑏𝑏𝑏𝑏 Cùng với PT 3.4: 𝑗𝑗 ℎ𝑔𝑔 𝐿𝐿𝑏𝑏 𝑔𝑔 𝐿𝐿𝑏𝑏 = 𝑗𝑗 ℎ𝑔𝑔 𝐿𝐿𝑎𝑎 1− 𝑔𝑔 𝐿𝐿𝑎𝑎 1+ F𝑏𝑏𝑏𝑏 + F𝑏𝑏𝑏𝑏 = M j 52 Với giá trị xe bảng 4.1 ta xác định giá trị Fbf Fbr bảng dưới: Bảng 4.2 Giá trị lực phanh cầu với cường độ phanh Cường độ phanh Đại lượng Khối lượng xe (kg) Khoảng cách La (m) Khoảng cách Lb (m) Chiều cao trọng tâm hg (m) Tỷ số j/g Tỷ lệ Fbf/Fbr Lực phanh cầu sau Fbr (N) Lực phanh cầu trước Fbf (N) 0.2g 0.4g 0.6g 0.8g 1.0g 1486 0.9 1.8 0.36 0.2 2.26 893 2019 1486 0.9 1.8 0.36 0.4 2.57 1631 4194 1486 0.9 1.8 0.36 0.6 2.95 2214 6524 1486 0.9 1.8 0.36 0.8 3.41 2641 9010 1486 0.9 1.8 0.36 4.00 2913 11650 Từ giá trị lực phanh cầu trước cầu sau xác định lực phanh cầu với trọng lượng xe tưởng: 𝐹𝐹𝑏𝑏𝑏𝑏 𝑚𝑚𝑚𝑚 , 𝐹𝐹𝑏𝑏𝑏𝑏 𝑚𝑚𝑚𝑚 xây dựng đường phân bố lực phanh lý Hình 4.4 Đường lực phanh lý tưởng xe Nissan Leaf 53 4.6.2 Lực phanh tái sinh mô tơ điện Khi xác định lực phanh cầu cần xác định đến lực phanh tái sinh mà mơ tơ điện đáp ứng: Từ phương trình PT 4.1 PT 4.2 ta có: 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 60 , 𝑛𝑛 ≤ 1500 𝑣𝑣ị𝑛𝑛𝑛𝑛/𝑝𝑝ℎú𝑡𝑡 2𝜋𝜋 1500 =� 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 60 , 𝑛𝑛 > 1500 𝑣𝑣ò𝑛𝑛𝑛𝑛/𝑝𝑝ℎú𝑡𝑡 2𝜋𝜋 𝑛𝑛 𝑀𝑀𝑡𝑡𝑡𝑡_𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐹𝐹𝑡𝑡𝑡𝑡 = 𝑀𝑀𝑡𝑡𝑡𝑡_𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑖𝑖 𝜂𝜂 𝑟𝑟𝑏𝑏𝑏𝑏 Từ tín hiệu thu thập từ vận tốc xe xác định vận tốc góc bánh xe: 𝜔𝜔𝑏𝑏𝑏𝑏 = 𝑣𝑣 (𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠) 𝑟𝑟𝑏𝑏𝑏𝑏 PT 4.8 Từ vận tốc góc bánh xe, qua tỷ số truyền hộp số xác định vận tốc góc động cơ: 𝜔𝜔đ𝑐𝑐 = 𝑖𝑖 𝜔𝜔𝑏𝑏𝑏𝑏 (𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠) PT 4.9 Từ xác định số vòng quay động cơ: 𝑛𝑛đ𝑐𝑐 = 𝜔𝜔đ𝑐𝑐 𝑣𝑣ò𝑛𝑛𝑛𝑛 60 𝜔𝜔đ𝑐𝑐 𝑣𝑣ò𝑛𝑛𝑛𝑛 � �= � � 2𝜋𝜋 𝑔𝑔𝑔𝑔â𝑦𝑦 2𝜋𝜋 𝑝𝑝ℎú𝑡𝑡 PT 4.10 Ta có bảng lực phanh tái sinh phụ thuộc vào tốc độ xe: Bảng 4.3 Quan hệ vận tốc xe lực phanh tái sinh Đại lượng Vận tốc (km/h) 10 20 30 40 50 60 80 80 80 80 80 80 Tỷ số truyền 8.193 8.193 8.193 8.193 8.193 8.193 Bán kính bánh xe (m) 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 0.316 Vận tốc góc bánh xe (rad/s) 8.79 17.58 26.37 35.16 43.95 52.74 Vận tốc góc động (rad/s) 72 144 216.1 288.1 360.1 432.1 Tốc độ động (vòng/phút) 687.8 1375.5 2063.3 2751 3438.8 4126.6 Công suất mô tơ (kW) 54 Mômen phanh tái sinh (Nm) 509.3 509.3 370.3 277.7 222.2 185.1 Lực phanh tái sinh (N) 11884 11884 8640 6480 5184 4320 Nhìn vào bảng 4.3 ta thấy rằng, vận tốc xe thấp 20 km/h mơ men phanh tái sinh cao tốc độ mô tơ điện nhỏ dẫn tới dịng điện sinh lớn làm tăng mơ men phanh Khi tốc độ động cao, dòng điện sinh mô tơ nhỏ dần làm giảm mô men phanh mô tơ nên lực phanh tái sinh giảm 4.6.3 Xác định áp suất thuỷ lực cầu Khi xác định lực phanh tái sinh tuỳ vào tốc độ xe so sánh với lực phanh cầu trước yêu cầu Nếu lực phanh tái sinh lớn lực phanh yêu cầu sử dụng phanh tái sinh cho cầu trước nhỏ lực phanh yêu cầu kết hợp đồng thời phanh tái sinh phanh ma sát cầu trước Tuỳ vào tốc độ xe, cường độ phanh mà tổng lực phanh lực phanh tái sinh thay đổi làm áp suất thuỷ lực bánh xe thay đổi cần khảo sát vận tốc phanh cường độ phanh khác Với việc điều khiển điều kiện thực tế, cường độ phanh thường 0,6g nên việc tính tốn lực phanh giới hạn 0,6g 4.6.3.1 Vận tốc xe 20 km/h Với vận tốc 20 km/h nhỏ Mơ men phanh tái sinh không đổi nên lực phanh tái sinh số Lúc có tổng lực phanh thay đổi với cường độ phanh khác lực phanh cầu khác Bảng 4.4 Mối quan hệ lực phanh với cường độ phanh vận tốc 20 km/h Cường độ phanh 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 80 80 80 80 80 80 Tổng lực phanh (N) 1456 2913 4369 5825 7281 8738 Lực phanh tái sinh (N) 11885 11885 11885 11885 11885 11885 Thông số Công suất (kW) 55 Lực phanh cầu trước Fbf (N) 990 2019 3087 4194 5340 6524 Lực phanh cầu sau Fbr (N) 466 893 1282 1631 1942 2214 1200% 589% 385% 283% 223% 182% 0 0 0 Tỷ lệ Fts/Fbf Lực phanh ma sát cầu trước Fms_bf (N) Dựa vào bảng 4.4 ta thấy, lực phanh tái sinh cầu trước lớn nhiều lực phanh yêu cầu cầu trước cường độ phanh thấp tỷ lệ lớn Với cường độ phanh 0,1g tỷ lệ Fts/Fbf lên tới 1200% lớn gấp 12 lần lực phanh yêu cầu Và với vận tốc 20 km/h phanh tái sinh đáp ứng tồn lực phanh cầu trước mà không cần sử dụng đến phanh ma sát 1200% 589% 385% 283% 223% 182% 100% Lực phanh yêu cầu 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g Hình 4.5 Biểu đồ lực phanh yêu cầu lực phanh tái sinh tốc độ 20 km/h Với lực phanh ma sát lớn nhiều so với lực phanh yêu cầu, mô tơ điện cần phải giới hạn dịng điện để nhằm tránh tượng bó cứng phanh làm ổn định xe Áp suất thuỷ lực cầu tính theo phương trình PT 4.7 với đường kính pít tơng bánh trước 0,06 (m) bánh sau 0,03 (m) ta xác định: Áp suất thuỷ lực cầu trước với d1 = 0,06 (m): 56 𝑝𝑝𝑡𝑡_𝑏𝑏𝑏𝑏 = 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚_𝑏𝑏𝑏𝑏 𝜇𝜇𝑚𝑚𝑚𝑚 𝜋𝜋𝑑𝑑12 𝑝𝑝𝑡𝑡_𝑏𝑏𝑏𝑏 = 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚_𝑏𝑏𝑏𝑏 𝜇𝜇𝑚𝑚𝑚𝑚 𝜋𝜋𝑑𝑑22 Áp suất thuỷ lực cầu sau với d2 = 0,03 (m): Từ có thông số áp suất thuỷ lực cầu tốc độ 20 km/h: Bảng 4.5 Áp suất thuỷ lực cầu với vận tốc xe 20 km/h Thông số Cường độ phanh Lực phanh yêu cầu cầu sau Fbr (N) Lực phanh ma sát cầu trước Fms-bf (N) Áp suất thuỷ lực cầu sau (Mpa) Áp suất thuỷ lực cầu trước (Mpa) 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 466 893 1282 1631 1942 2214 0 0 0 0.55 1.05 1.51 1.92 2.29 2.61 0 0 0 4.6.3.2 Vận tốc xe 40 km/h Với vận tốc xe 40 km/h, tốc độ quay động tăng lên làm mô men phanh tái sinh giảm xuống Bảng 4.6 Mối quan hệ lực phanh với cường độ phanh vận tốc 40 km/h Cường độ phanh 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 80 80 80 80 80 80 Tổng lực phanh (N) 1456 2913 4369 5825 7281 8738 Lực phanh tái sinh (N) 6480 6480 6480 6480 6480 6480 990 2019 3087 4194 5340 6524 466 893 1282 1631 1942 2214 Thông số Công suất (kW) Lực phanh yêu cầu cầu trước Fbf (N) Lực phanh yêu cầu cầu sau Fbr (N) 57 Tỷ lệ Fts/Fbf Lực phanh ma sát cầu trước Fms_bf (N) 654% 321% 210% 155% 121% 99% 0 0 44 654% 321% 210% 155% 100% Lực phanh yêu cầu 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 121% 99% 0.5g 0.6g Hình 4.6 Biểu đồ lực phanh yêu cầu lực phanh tái sinh tốc độ 40 km/h Nhìn vào đồ thị ta thấy rằng, với tốc độ trung bình 40 km/h lực phanh tái sinh đảm bảo khoảng cường độ phanh nhỏ 0,6g Với cường độ phanh nhỏ mức 0,1g lực phanh tái sinh đáp ứng đến 654% so với lực phanh yêu cầu Tuy nhiên cường độ phanh lên tới 0,6g lực phanh tái sinh giảm hẳn tốc độ động cao dẫn tới đáp ứng 99% lực phanh yêu cầu cầu trước Lúc áp suất thuỷ lực cầu tính tốn bằng: Bảng 4.7 Áp suất thuỷ lực cầu vận tốc 40 km/h Cường độ phanh Thông số Lực phanh yêu cầu cầu sau Fbr (N) Lực phanh ma sát cầu trước Fms_bf (N) Áp suất thuỷ lực cầu sau (Mpa) Áp suất thuỷ lực cầu trước (Mpa) 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 466 893 1281 1631 1942 2214 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 44.13 0.55 1.05 1.51 1.92 2.29 2.61 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 58 4.6.3.3 Tại vận tốc xe 60 km/h Tương tự vận tốc xe 60 km/h ta có: Bảng 4.8 Mối quan hệ lực phanh với cường độ phanh vận tốc 60 km/h Cường độ 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 80 80 80 80 80 80 Tổng lực phanh (N) 1456 2913 4369 5825 7281 8738 Lực phanh tái sinh (N) 4320 4320 4320 4320 4320 4320 990 2019 3087 4194 5340 6524 466 893 1282 1631 1942 2214 436% 214% 140% 103% 81% 66% 0 0 1020 2204 Thông số Công suất (kW) Lực phanh yêu cầu cầu trước Fbf (N) Lực phanh yêu cầu cầu sau Fbr (N) Tỷ lệ Fts/Fbf Lực phanh ma sát cầu trước Fms_bf (N) Tại vận tốc xe cao, lực phanh tái sinh cầu trước đáp ứng 100% cường độ phanh vừa nhỏ (0,1g đến 0,4g) Khi cường độ phanh lớn 0,4g lực phanh ma sát kết hợp để đạt lực phanh yêu cầu 436% 214% 140% 103% 100% Lực phanh yêu cầu 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 81% 66% 0.5g 0.6g Hình 4.7 Biểu đồ lực phanh yêu cầu lực phanh tái sinh tốc độ 60 km/h 59 Từ giá trị lực phanh ma sát, ta xác định áp suất phanh cầu: Bảng 4.9 Áp suất thuỷ lực cầu với vận tốc xe 60 km/h Thông số Cường độ phanh Lực phanh yêu cầu cầu sau Fbr (N) Lực phanh ma sát cầu trước Fmsbf (N) Áp suất thuỷ lực cầu sau (Mpa) Áp suất thuỷ lực cầu trước (Mpa) 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 466 893 1282 1631 1942 2214 0 0 1020 2204 0.55 1.05 1.51 1.92 2.29 2.61 0.00 0.00 0.00 0.00 0.30 0.65 Qua việc khảo sát vận tốc khác ta thấy rằng, với công suất mô tơ 80 kW gần lực phanh tái sinh đáp ứng lực phanh mà hệ thống phanh yêu cầu tốc độ 60 km/h với cường độ phanh vừa nhỏ khoảng 0,1g đến 0,4g Khi tốc độ cao, lực phanh tái sinh thay đổi tỷ lệ nghịch với tốc độ nên cần phải bổ sung lực phanh ma sát cường độ phanh lớn Bảng 4.10 tổng hợp tỷ lệ lực phanh tái sinh lực phanh yêu cầu vận tốc cường độ phanh khác Bảng nêu lên hiệu phanh tái sinh dải tốc độ cường độ phanh đồng thời trực quan thấy phanh tái sinh động điện cỡ nhỏ Nissan Leaf làm đáng kể vào trình phanh Bảng 4.10 Lực phanh tái sinh đáp ứng vận tốc cường độ phanh khác Cường độ phanh Vận tốc (km/h) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.1g 12.00 12.00 8.72 6.54 5.23 4.36 3.74 3.27 2.91 2.62 0.2g 5.89 5.89 4.28 3.21 2.57 2.14 1.83 1.60 1.43 1.28 60 0.3g 3.85 3.85 2.80 2.10 1.68 1.40 1.20 1.05 0.93 0.84 0.4g 2.83 2.83 2.06 1.55 1.24 1.03 0.88 0.77 0.69 0.62 0.5g 2.23 2.23 1.62 1.21 0.97 0.81 0.69 0.61 0.54 0.49 0.6g 1.82 1.82 1.32 0.99 0.79 0.66 0.57 0.50 0.44 0.40 Tuy nhiên, có nhiều phương án để tăng lực phanh tái sinh lên để đáp ứng lực phanh yêu cầu tăng công suất mô tơ điện tăng tỷ số truyền hộp số Trên xe Nissan Leaf tham khảo sử dụng tỷ số truyền lớn giúp tăng hiệu mô men phanh tái sinh Đây phương án hiệu với mẫu xe nhỏ giá thành thấp Phương án cịn lại tăng cơng suất mô tơ lên, phương án giá thành tăng lên nhiều hiệu cao với dịng xe có mơ tơ lên tới 200 kW lực phanh tái sinh lớn thay hồn tồn phanh ma sát dải tốc độ 80 km/h Tiêu biểu dịng xe Tesla với mơ tơ cầu trước có cơng suất 285 kW mơ tơ cầu sau có cơng suất 194 kW làm cho lượng phanh tái sinh cực lớn đảm bảo hoàn toàn dải tốc độ 90 km/h với cường độ phanh nhỏ 0,6g Với cầu trước, tốc độ lên tới 90 km/h đáp ứng lực phanh yêu cầu cường độ phanh lên tới 0,6g 695% 341% 223% 164% 100% Lực phanh yêu cầu 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 129% 106% 0.5g 0.6g Hình 4.8 Lực phanh tái sinh cầu trước 90 km/h Tesla Model Với cầu sau, lực phanh tái sinh tốc độ 90 km/h cường độ phanh 0,6g lên tới 212% so với lực phanh yêu cầu Tuy nhiên với bánh sau cần đảm bảo tránh tượng khoá cứng bánh sau giúp ổn định xe phanh 61 1005% 525% 366% 287% 241% 212% 0.5g 0.6g 100% Lực phanh yêu cầu 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g Hình 4.9 Phần trăm phanh tái sinh cầu sau 90 km/h Tesla Model 62 KẾT LUẬN Trong q trình hồn thiện luận văn, em hoàn thiện vấn đề cần giải đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu chiến lược phanh tái sinh cho tơ điện” bao gồm tìm hiểu tổng quan phanh tái sinh xe điện, xây dựng chiến lược thiết kế phanh, xây dựng mô hình thuật tốn mơ q trình phanh xe điện đánh giá ảnh hưởng cường độ phanh đến khả hấp thụ lượng xe tham khảo Qua trình nghiên cứu nhận thấy vận tốc cường độ phanh khác lực phanh tái sinh đáp ứng khác Và để đảm bảo yêu cầu hệ thống phanh phải sử dụng phanh ma sát dải tốc độ cao lực phanh tái sinh tỷ lệ nghịch với vận tốc Việc khảo sát xe điện công suất nhỏ Nissan Leaf cho thấy cường độ phanh thấp lực phanh tái sinh đáp ứng hồn tồn u cầu hệ thống phanh vận tốc 60 km/h cường độ phanh 0,3g lực phanh tái sinh đáp ứng lên tới 140% lực phanh yêu cầu Tuy nhiên cường độ phanh lớn làm cho lực phanh yêu cầu lớn, với vận tốc lớn làm giảm lực phanh tái sinh dẫn tới lực phanh tái sinh không đáp ứng yêu cầu hệ thống phanh Ví dụ với vận tốc 60 km/h cường độ phanh 0,6g phanh tái sinh đáp ứng 66% lực phanh yêu cầu dẫn tới phanh ma sát phải kích hoạt phanh tái sinh để đảm bảo lực phanh yêu cầu Việc lựa chọn chiến lược kết hợp lực phanh ma sát phanh tái sinh bám sát đường lực phanh lý tưởng với tận dụng tối đa lực phanh tái sinh mà mô tơ điện cung cấp vận tốc xác định làm cho hệ thống phanh vừa đảm bảo an toàn thu hồi lực phanh tái sinh lớn cường độ phanh khác Qua việc khảo sát nhận thấy rằng, bánh giảm tốc góp phần lớn để tăng lực phanh tái sinh Với cơng suất mơ tơ điện nhỏ việc sử dụng bánh giảm tốc hiệu Tuy nhiên, ngày phương án ứng dụng tăng công suất mô tơ, với công suất mô tơ cao cho phép tạo mô men phanh tái sinh lớn đồng thời loại bỏ hộp số giảm tốc giúp giảm trọng lượng không gian xe 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Iqbal Husain, Electric and Hybrid Vehicles: Design Fundamentals, CRC Press, 03/2003 [2] Cao Trọng Hiền (chủ biên), Đào Mạnh Hùng, Lý thuyết ô tô, Nhà Xuất Bản Giao Thông Vận Tải, 2008 [3] Lưu Văn Tuấn, Kết cấu ô tô, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2020 [4] Nguyễn Trọng Hoan, Thiết kế tính tốn tơ, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2019 64 ... VỀ Ô TÔ ĐIỆN 11 1.1 Khái niệm ô tô điện 11 1.1.1 Ưu nhược điểm ô tô điện 11 1.1.2 Tính kinh tế ô tô điện 11 1.2 Cấu tạo ô tô điện 12 1.2.1 Motor điện. .. Luận văn nghiên cứu chiến lược phanh tái sinh cho ô tô điện mục tiêu tìm hiểu đánh giá hiệu hệ thống phanh tái sinh Phần “Tổng quan xe điện? ?? nêu định nghĩa cấu tạo, chức nhiệm vụ phận xe điện Trong... bánh giảm tốc 24 kWh 8,193 4.2 Mô men phanh tái sinh Mô men phanh tái sinh tạo phanh phụ thuộc vào công suất điện tối đa mô tơ tốc độ quay mô tơ Mô men phanh tái sinh lớn xác định: 47