TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Tình trạng ô nhiễm không khí toàn cầu buộc nhiều quốc gia phải siết chặt tiêu chuẩn khí thải cho xe cơ giới, đặc biệt là ô tô Nhiều nước đã lên kế hoạch "khai tử" xe sử dụng động cơ đốt trong và khuyến khích sản xuất xe không phát thải như ô tô điện Châu Âu đã chuyển từ chu trình thử nghiệm NEDC sang WLTP, gây khó khăn cho các hãng xe do tiêu chuẩn khí thải khắt khe Điều này thúc đẩy sự chuyển dịch sang xe điện, xe lai điện và pin Theo VTV1, Volkswagen cam kết đầu tư 43 tỷ USD vào xe điện trong 5 năm tới, GM hơn 25 tỷ USD và Ford gần 30 tỷ USD, nhằm phát triển pin hiệu quả để cạnh tranh với Tesla và các startup mới nổi.
Tại thị trường Việt Nam, VinFast đã ghi nhận 25,000 xe điện VF e34 được đặt cọc chỉ trong thời gian ngắn sau khi ra mắt, dự kiến giao hàng vào tháng 10/2021 Điều này chứng tỏ xu hướng chuyển dịch sang ô tô điện đang diễn ra nhanh chóng Để xây dựng một hệ thống hoàn thiện cho ô tô điện, cần có sự tham gia của các chuyên gia có kiến thức và kinh nghiệm nhằm phát triển hệ thống ổn định, hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau Do tính ứng dụng rộng rãi và độ phức tạp của vấn đề, luận văn này tập trung vào việc tìm hiểu và ứng dụng các thuật toán, với sự thống nhất của nhóm và giáo viên hướng dẫn về đề tài “Mô hình hóa và mô phỏng xe ô tô điện sử dụng Matlab/Simulink”.
Mục đích nghiên cứu
Bài viết này cung cấp kiến thức cơ bản về phân loại và quá trình vận hành của xe, giúp người học hình dung được chuyển động và động lực học trên xe Nó cũng giải thích cách hoạt động của xe điện trong các trạng thái như sạc, phanh tái sinh và xả năng lượng pin, từ đó tạo nền tảng cho các nghiên cứu sau này Bên cạnh đó, việc củng cố kiến thức lý thuyết ô tô sẽ hỗ trợ người học trong việc tiếp cận và khám phá kiến thức mới khi bắt đầu sự nghiệp sau khi ra trường.
+ Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của xe điện trên Matlab/Simulink
- Đối tượng nghiên cứu: Các thành phần cấu tạo của xe điện, sử dụng model mô phỏng trên Matlab/Simulink và model mô phỏng xe điện hoàn chỉnh h
Bài viết này cung cấp kiến thức lý thuyết về cấu trúc và thành phần cơ bản của xe điện Nó cũng mô phỏng hoạt động của xe điện trong hai trường hợp: lái xe bình thường và phanh tái sinh Nguồn tài liệu nghiên cứu chủ yếu được thu thập từ internet, các sách chuyên ngành nước ngoài và một số bài báo khoa học liên quan đến xe điện và xe lai.
Hướng nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài
+ Tìm hiểu lý thuyết cơ bản về xe điện
+ Sử dụng model mô phỏng trên Matlab/Simulink để mô phỏng các hệ thống đã nêu ở trên
Nghiên cứu các thông số kỹ thuật của xe trong thực tế và áp dụng mô hình mô phỏng để phân tích Đánh giá kết quả từ mô phỏng nhằm xem xét tính khả thi của đề tài nghiên cứu.
Đề tài này giúp nâng cao kiến thức và khả năng nghiên cứu, đồng thời sử dụng hiệu quả các phần mềm hỗ trợ học tập như Matlab/Simulink Qua đó, người học sẽ hiểu rõ hơn về xe điện và củng cố kiến thức đã học, tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp sau khi ra trường.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về lịch sử xe điện và sử dụng xe lai điện
Lịch sử xe điện bắt đầu từ thế kỷ XIX, khi ý tưởng sản xuất xe điện ra đời nhưng chưa thể phát triển do công nghệ và kỹ thuật hạn chế Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc trong nghiên cứu chế tạo động cơ điện, pin và thiết bị điều khiển, xe điện đã có những bước tiến đáng kể Dưới đây là bảng tóm tắt các giai đoạn phát triển chính của xe điện.
Bảng 2.1: Các giai đoạn phát triển chính của xe điện [2]
Giai đoạn bùng nổ và suy thoái:
Xe điện sớm nhất được phát minh ở
Anderson của Scotland đã chế tạo chiếc xe điện nguyên mẫu đầu tiên
Davenport của Mỹ đã phát minh ra động cơ điện dòng điện một chiều
Xe điện gia nhập thị trường và bắt đầu nhận thấy sự thu hút rộng rãi
Vào năm 1888, kỹ sư người Đức Andreas Flocken đã chế tạo chiếc ô tô điện bốn bánh đầu tiên Đến năm 1897, những chiếc xe điện thương mại đầu tiên đã được đưa vào đội xe taxi của thành phố.
Xe điện đạt mức sản xuất đỉnh cao trong lịch sử nhưng sau đó bị thay thế bởi xe ô tô động cơ xăng
1908 Mẫu Ford T chạy bằng xăng được giới thiệu ra thị trường 1909 William Taft - Baker Electric là Tổng thống Hoa Kỳ đầu tiên mua một chiếc ô tô
Giá dầu cao và ô nhiễm đã tạo ra mối quan tâm mới đối với xe điện
1966 Quốc hội Hoa Kỳ ban hành luật khuyến nghị xe điện như một cách giảm ô nhiễm không khí
1973 Lệnh cấm vận dầu mỏ của OPEC đã khiến giá dầu tăng cao, các trạm nhiên liệu bị
Khu vực công và tư nhân hiện nay thực hiện cam kết điện khí hóa phương tiện
2008 Giá dầu đạt mức cao kỷ lục
2010 Nissan LEAF đã được ra mắt
2011 Autolib - Dịch vụ chia sẻ ô tô điện lớn nhất thế giới, đã được ra mắt tại Paris với số lượng mục tiêu là 3.000 xe
2011 Nguồn cung xe điện toàn cầu đạt khoảng 50.000 Tập đoàn h
4 đầu tiên trên ô tô hoạt động trên một đường dẫn điện tròn
Công ty Sản xuất Pope đã trở thành nhà sản xuất xe điện quy mô lớn đầu tiên ở Hoa Kỳ 1899
(The Never Happy!), được chế tạo tại Pháp, trở thành chiếc xe điện đầu tiên có tốc độ trên
1900 Ô tô chạy bằng điện là phương tiện giao thông đường bộ bán chạy nhất ở
Mỹ chiếm khoảng 28% thị trường xe điện toàn cầu Phát minh của Charles Kettering đã giúp việc lái xe ô tô chạy bằng xăng trở nên dễ dàng hơn, vì tay quay động cơ không còn cần thiết Nguồn cung xe điện toàn cầu hiện nay đạt mức đáng kể.
1930 Đến năm 1935, số lượng xe điện giảm gần như bằng 0 và xe ICE chiếm ưu thế vì xăng rẻ
1947 Việc phân phối dầu ở Nhật Bản đã khiến nhà sản xuất ô tô Tama cho ra đời một chiếc ô tô điện 4,5
Hp Nó sử dụng pin axit- chì 40V trì hoãn kéo dài Do đó, mối quan tâm đến xe điện đã gia tăng
1976 Chính phủ Pháp đã ra mắt chương trình
'PREDIT', là chương trình thúc đẩy quá trình nghiên cứu và phát triển xe điện
1996 Để tuân thủ các yêu cầu về
Phương tiện Không phát thải (ZEV) của California năm 1990,
GM đã sản xuất xe điện EV1
Năm 1997, Toyota đã giới thiệu Prius tại Nhật Bản, đánh dấu sự ra mắt của chiếc xe hybrid thương mại đầu tiên trên thế giới Chính phủ Pháp đã cam kết mua 50.000 chiếc xe điện (EV) trong vòng 4 năm Đồng thời, Nissan LEAF đã được vinh danh là Xe của năm tại Châu Âu.
2012 Chevrolet Volt PHEV bán chạy hơn một nửa số xe trên thị trường Mỹ Nguồn cung xe điện toàn cầu đạt khoảng 180.000
S - được Euro NCAP xếp hạng an toàn 5 sao Trang bị hệ thống lái tự động, động cơ kép dẫn động 4 bánh với tốc độ 0–
60 dặm / giờ trong vòng 2,8 giây và phạm vi hoạt động lên đến 330 miles
2015 Các nhà sản xuất ô tô bị bắt quả tang gian lận các quy định về khí thải, khiến xe điện nổi bật hơn trong tâm trí mọi h
Trong năm đầu tiên, đã có 5.000 xe điện được bán, cho thấy đây là một giải pháp hiệu quả để giảm tiêu thụ năng lượng và khí thải Nguồn cung xe điện toàn cầu hiện đạt khoảng 700.000 chiếc và vẫn đang tiếp tục tăng trưởng, trong đó có 22.000 chiếc ở Anh và 275.000 chiếc ở Mỹ.
- Giới thiệu lịch sử của xe điện:
Việc phát minh ra mẫu xe điện đầu tiên là do nhiều người cùng tham gia Năm
Năm 1828, nhà vật lý và linh mục người Hungary Ányos Jedlik đã phát minh ra động cơ điện sơ khai và chế tạo một chiếc ô tô mô hình nhỏ sử dụng động cơ này Từ năm 1832 đến 1839, nhà phát minh Scotland Robert Anderson cũng đã phát minh ra một cỗ xe điện thô sơ Năm 1835, Giáo sư Sibrandus Stratingh tại Groningen, Hà Lan, cùng với trợ lý Christopher Becker từ Đức, đã phát triển một chiếc ô tô điện quy mô nhỏ, hoạt động bằng các tế bào không sạc lại.
Vào năm 1834, thợ rèn Thomas Davenport ở Vermont đã phát minh ra thiết bị điện khí hóa hoạt động trên đường ray ngắn, hình tròn Đến năm 1837, nhà hóa học Robert Davidson tại Scotland đã chế tạo đầu máy điện đầu tiên, và vào năm 1841, ông giới thiệu đầu máy xe lửa Galvani nặng 7.100 kg tại Triển lãm Hiệp hội Nghệ thuật Hoàng gia Scotland Galvani sử dụng hai động cơ điện trực tiếp với nam châm điện cố định, có khả năng mang tải trọng 6.100 kg và đạt tốc độ 6,4 km/h trên quãng đường 2,4 km Mặc dù được thử nghiệm trên Đường sắt Edinburgh và Glasgow vào tháng 9 năm sau, nhưng nguồn năng lượng hạn chế từ pin đã cản trở việc sử dụng rộng rãi đầu máy này.
Bằng sáng chế sử dụng đường ray làm dây dẫn điện được cấp ở Anh năm 1840, và các bằng sáng chế tương tự cũng được cấp cho Lilley và Colten tại Hoa Kỳ vào năm 1847 Chiếc toa xe chạy bằng pin đầu tiên đã được đưa vào sử dụng vào năm đó.
1887 trên Hoàng gia Đường sắt bang Bavarian
Những chiếc ô tô điện đầu tiên đã xuất hiện với pin sạc lại, cung cấp một giải pháp hiệu quả để lưu trữ điện năng trên phương tiện giao thông.
Vào năm 1859, nhà vật lý người Pháp Gaston Planté đã phát minh ra pin axit-chì Sau đó, vào năm 1881, Camille Alphonse Faure, một nhà khoa học người Pháp khác, đã thực hiện những cải tiến đáng kể trong thiết kế của pin, giúp tăng cường dung lượng pin và dẫn đến việc sản xuất chúng ở quy mô công nghiệp.
Thomas Parker, nhà phát minh người Anh, đã đóng góp nhiều đổi mới quan trọng như điện khí hóa tàu điện ngầm London và hệ thống xe điện trên cao ở Liverpool và Birmingham Năm 1884, ông chế tạo chiếc ô tô điện đầu tiên tại Wolverhampton, mặc dù tài liệu duy nhất ghi nhận sự kiện này là một bức ảnh chụp vào năm 1895.
Mối quan tâm lâu dài của Parker về việc chế tạo phương tiện tiết kiệm nhiên liệu đã dẫn đến việc ông thử nghiệm xe điện, có thể xuất phát từ lo ngại về ô nhiễm không khí tại London Công ty Elwell-Parker, được thành lập năm 1882, chuyên sản xuất và bán xe điện, đã hợp nhất với các đối thủ khác vào năm 1888 để hình thành Tổng công ty Xây lắp điện, qua đó nắm giữ vị thế độc quyền trên thị trường ô tô điện ở Anh vào những năm 1890 Năm 1896, công ty đã cho ra mắt chiếc 'Dog cart' chạy điện đầu tiên.
Pháp và Anh là những quốc gia tiên phong trong việc thúc đẩy sự phát triển của xe điện Vào năm 1888, kỹ sư người Đức Andreas Flocken đã chế tạo chiếc ô tô điện đầu tiên, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong lịch sử giao thông.
Tàu điện được sử dụng để vận chuyển than, nhờ vào động cơ không tiêu tốn oxy quý Trước khi động cơ đốt trong trở nên phổ biến, ô tô điện đã thiết lập nhiều kỷ lục về tốc độ và quãng đường Một trong những kỷ lục đáng chú ý là vào ngày 29 tháng 4 năm 1899, Camille Jenatzy đã phá vỡ rào cản 100 km/h với chiếc xe 'hình tên lửa' Jamais Contente, đạt tốc độ tối đa 105,88 km/h Đặc biệt, Ferdinand Porsche cũng đã thiết kế một chiếc ô tô điện dẫn động 4 bánh toàn thời gian, với mỗi bánh được trang bị một động cơ, và chiếc xe này cũng đã lập nhiều kỷ lục ấn tượng.
Chiếc ô tô điện đầu tiên tại Hoa Kỳ được phát triển bởi William Morrison vào năm 1890-91, tại Des Moines, Iowa, với khả năng đạt tốc độ 23 km/h Đến năm 1895, sự quan tâm của người tiêu dùng đối với xe điện bắt đầu gia tăng khi AL Ryker giới thiệu những chiếc xe ba bánh chạy điện đầu tiên ở Mỹ.
Phân loại xe điện
Hiện nay, trên thị trường có 4 loại ô tô điện chính:
Xe điện hybrid plug-in - PHEV
Xe điện chạy bằng pin thuần – BEV
Xe điện hybrid kết hợp pin điện nhỏ với động cơ đốt trong, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu So với ô tô chạy xăng, ô tô điện hybrid tiết kiệm nhiên liệu hơn khoảng 25%.
Xe điện hybrid giúp tiết kiệm năng lượng khi hoạt động ở chế độ không tải nhờ vào hệ thống hỗ trợ khởi động và chạy điện tử Những hệ thống này cải thiện khả năng khởi động và tăng tốc, đặc biệt hữu ích trong điều kiện lái xe đô thị với việc chuyển đổi liên tục giữa chế độ bắt đầu và dừng Ô tô điện hybrid sử dụng hệ thống nhiên liệu kép, cho phép cả động cơ điện và động cơ đốt trong hoạt động đồng thời để cung cấp năng lượng cho xe.
Trong ô tô điện hybrid, động cơ điện đóng vai trò quan trọng trong việc tăng tốc từ trạng thái dừng hoặc dừng lại ban đầu đến tốc độ đã được xác định trước, thường là tốc độ thấp hơn.
Ô tô có khả năng tăng tốc lên tốc độ 60 km/h trước khi động cơ bốc cháy Pin điện được sạc nhờ vào động cơ xăng và hệ thống phanh tái sinh, trong đó động năng của ô tô được hấp thụ và chuyển đổi thành năng lượng điện để sạc vào ắc quy.
13 điện tử công suất Hiện tại, trên thị trường có một vài mẫu xe hybrid điện được ưa chuộng như Ford Fusion Hybrid và Toyota Prius
2.2.2 Xe điện Plug-in hybrid - PHEV
Ô tô điện hybrid kết nối lưới điện sử dụng hệ thống nhiên liệu kép, tương tự như ô tô điện hybrid Tuy nhiên, loại xe này trang bị bộ pin lớn hơn, cho phép sử dụng nhiều động cơ điện hơn trong quá trình vận hành Pin có thể được sạc từ lưới điện, do đó được gọi là ô tô điện hybrid kết nối lưới điện Nhờ vào bộ pin lớn, động cơ đốt trong có kích thước và công suất nhỏ hơn so với động cơ trên ô tô hybrid điện và xăng.
Ô tô hybrid và ô tô điện hybrid nối lưới đều kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện nhằm nâng cao hiệu quả nhiên liệu Tuy nhiên, xe hybrid điện hòa lưới sử dụng pin dung lượng lớn hơn, cho phép tối ưu hóa việc sử dụng điện làm nguồn năng lượng chính cho phương tiện.
Xe điện hybrid nối lưới rất lý tưởng cho việc di chuyển trong thành phố, vì chúng hoạt động hoàn toàn bằng động cơ điện ở tốc độ dưới 65 km/h Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu mà còn giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải ra môi trường.
Ắc quy trên xe hybrid được thiết kế để sạc từ động cơ xăng, phanh tái sinh và điện lưới qua ổ cắm thông thường Để thúc đẩy việc sử dụng ô tô điện hybrid nối lưới, cần phát triển cơ sở hạ tầng trạm sạc ô tô.
2.2.3 Xe điện chạy bằng pin toàn hệ thống – BEV
Xe ô tô điện chạy bằng ắc quy hoạt động hoàn toàn dựa vào điện năng, không sử dụng động cơ đốt trong Nguồn năng lượng để sạc ắc quy được cung cấp hoàn toàn từ lưới điện.
Xe điện này được trang bị bộ pin lớn hơn so với các dòng xe điện khác, với dung lượng từ 18kWh đến 35kWh tùy thuộc vào phạm vi hoạt động Phạm vi hoạt động của phương tiện có thể lên tới khoảng 80 km.
Hình 2.3: Xe TESLA MODEL 3 Hình 2.2: Xe MITSUBISHI OUTLANDER h
Để sạc hiệu quả cho bộ ắc quy có dung lượng lớn, xe cần sử dụng các bộ sạc có công suất và điện áp đầu vào cao, thường là trên 240VDC.
2.2.4 Một số loại ô tô điện cá nhân khác
Một số loại ô tô điện cỡ nhỏ, với tốc độ tối đa khoảng 40km/h, đang được sử dụng phổ biến trên thị trường Chúng bao gồm ô tô điện phục vụ trong sân golf, xe điện cho các khu du lịch và xe điện nâng hạ hàng hóa.
Để dễ dàng tính toán và nắm bắt xu hướng của ngành công nghiệp ô tô điện trong tương lai gần, nhóm tác giả chúng tôi quyết định lựa chọn mô phỏng xe điện.
Cấu trúc truyền động xe điện
Trước đây, xe điện (EV) chủ yếu được chuyển đổi từ xe sử dụng động cơ đốt trong (ICE) bằng cách thay thế động cơ và thùng nhiên liệu bằng động cơ điện và ắc quy cung cấp năng lượng, trong khi các bộ phận khác vẫn được giữ nguyên.
Kiểu EV truyền thống gặp nhiều hạn chế như trọng lượng lớn, độ linh hoạt kém và tính năng hoạt động giảm, dẫn đến việc ít được sử dụng Tuy nhiên, EV hiện đại đã được thiết kế lại khung sườn, đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc thống nhất và cải thiện tính linh hoạt Hệ thống dẫn động điện của EV hiện đại được miêu tả một cách tổng quát, mang lại hiệu suất cao hơn và khả năng vận hành tốt hơn.
Hệ thống bao gồm ba cụm chính: cụm năng lượng motor điện, nguồn năng lượng chính và nguồn cho các hệ thống phụ Cụm động cơ điện bao gồm bộ điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện tử công suất, motor điện, bộ truyền lực cơ khí và bánh xe dẫn động Cụm nguồn năng lượng gồm nguồn năng lượng, bộ điều khiển năng lượng và bộ nạp năng lượng Cuối cùng, cụm nguồn các hệ thống phụ cung cấp năng lượng cho cơ cấu lái, hệ thống điều hòa không khí và các hệ thống phụ khác.
Hình 2.4: Hệ thống truyền lực xe điện
Bộ điều khiển trung tâm của xe điện (EV) nhận tín hiệu từ bàn đạp ga và phanh, từ đó cung cấp tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất điện tử, giúp điều chỉnh dòng công suất giữa motor điện và nguồn điện Hệ thống phanh nạp của EV tạo ra dòng công suất ngược, cho phép năng lượng này được lưu trữ trong nguồn năng lượng, với khả năng tiếp nhận từ ắc quy và siêu tụ Bộ điều khiển năng lượng phối hợp với bộ điều khiển trung tâm để quản lý hệ thống phanh nạp và tái tạo năng lượng, đồng thời làm việc cùng bộ nạp lại năng lượng để kiểm soát quá trình nạp và hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng Nguồn năng lượng phụ cần thiết để cung cấp điện cho các hệ thống phụ của EV, đặc biệt là hệ thống điều hòa và cụm nguồn cơ cấu lái.
Các thành phần khác của xe điện
Hệ thống lưu trữ năng lượng đóng vai trò quan trọng trong xe Hybrid và xe điện, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của phương tiện Các thiết bị tích trữ năng lượng chủ yếu bao gồm ắc quy hóa học, siêu tụ và bánh đà cao tốc Hiện nay, ắc quy hóa học vẫn là lựa chọn phổ biến nhất cho các loại xe này Để đảm bảo hiệu suất, các thiết bị lưu trữ năng lượng cần đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe, bao gồm chỉ số năng lượng riêng và công suất.
Trong lĩnh vực xe hybrid điện (HEV), hiệu suất và chỉ số công suất riêng là những yếu tố quan trọng hàng đầu, trong khi chỉ số năng lượng riêng có phần ít quan trọng hơn Điều này là do năng lượng chủ yếu đến từ nguồn hóa năng của nhiên liệu, vì vậy việc đảm bảo đủ công suất là cần thiết cho hoạt động của xe, đặc biệt trong các tình huống như tăng tốc, leo dốc và phanh tái sinh Ắc quy đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học trong quá trình nạp và ngược lại trong quá trình phóng điện Một thông số quan trọng của ắc quy là trạng thái sạc (SOC), được định nghĩa là tỷ lệ giữa dung lượng điện hiện tại và dung lượng điện tối đa khi nạp đầy Khi ắc quy được nạp đầy, SOC đạt 100%, và khi ắc quy hoàn toàn phóng điện, SOC giảm xuống 0% Sự thay đổi của SOC trong một khoảng thời gian nhất định có thể được diễn tả bằng công thức: ΔSOC = i n dt.
Dung lượng của ắc quy được tính bằng công thức 3600𝑄, trong đó 𝑄 là dung lượng Ah tại dòng điện i Trong trường hợp phóng điện, dòng điện i có giá trị dương, trong khi khi nạp điện, dòng điện i sẽ là âm Do đó, trạng thái sạc (SOC) của ắc quy có thể được diễn đạt thông qua công thức này.
3600𝑄 Với 𝑆𝑂𝐶 là giá trị ban đầu của SOC
Các loại ắc quy hiệu quả cho xe điện (EV) và xe hybrid (HEV) bao gồm ắc quy axit-chì, ắc quy Nickel (Ni/Fe, Ni/Cd và Ni/hydrua kim loại), cùng với các ắc quy lithium như lithium-polymer và lithium-ion.
Bảng 2.3: Bảng so sánh các loại ắc quy sử dụng cho xe EV và HEV [4]
NiCd NiMH Lead Acid Li-ion Li-on polymer Mật độ năng lượng theo khối lượng
40-55 65 20-35 140 100-130 Điện trở trong (Ω) 0.06 0.06 0.022 Rất thấp Rất thấp Tuổi thọ (đến 80% dung lượng ban đầu) (chu kỳ phóng nạp)
Khả năng quá sạc Trung bình Thấp Cao Rất thấp Thấp Độ tự phóng điện/tháng (ở nhiệt độ phòng)
( o C) (khi phóng) -40→ 60 -20→ 60 -20→ 60 -20→ 60 0→ 60 Bảo dưỡng định kỳ
Thương mại hóa từ năm 1950 1990 1970 1991 1999
Mô hình pin cụ thể:
P = −V I Trong đó: P là công suất sạc (W)
V là tổng điện áp của pin (V)
I là dòng điện mỗi mô đun trong pin (A) Công suất hao phí của pin:
Trong đó: Rint: điện trở trong của pin (Ω)
NS: số bản cực mắc nối tiếp
NP: số bản cực mắc song song Theo đó V và I được xác định theo công thức:
V = V τ + 1 (V) Trong đó: Iin: dòng điện trong pin
𝜏 : là hằng số chuyển đổi theo thời gian Trạng thái sạc của pin được tính theo công thức:
Để giảm thiểu hư hỏng cho pin, công suất sạc cần phải được giới hạn Dung lượng pin (SOC) được tính bằng tích phân của dòng điện theo thời gian (SOC = ∫ I dt) Khi dòng điện sạc đạt giá trị cực đại Iin,max, công suất sạc cực đại sẽ được xác định theo công thức tương ứng.
P = I , V − I , E Với E là điện áp khi hở mạch của pin (V)
Nguồn xe điện dùng hiện nay
Pin lithium đang trở thành nguồn điện phổ biến hơn so với ắc quy hóa chất nhờ vào khả năng chịu đựng môi trường vượt trội Chúng có khả năng chống nước, bụi bẩn và va đập, với khả năng hoạt động trong nhiệt độ từ -20 đến 60 độ C Mức độ an toàn của pin lithium cao hơn, vì khi hư hỏng, chúng không giải phóng chì và axit như ắc quy chì Mỗi cell Li-ion có điện áp khoảng 4 Volt, cho phép tạo ra cell lớn hơn với dung lượng cao hơn, nhưng điện áp vẫn giữ nguyên ở mức 4 Volt, điều này không đủ lý tưởng cho việc điều khiển xe điện.
Pin sẽ cần phải tạo ra dòng điện 25,000 Amp để cung cấp cho động cơ chiếc xe (xe cần phải có công suất 100 kW hoặc hơn) để gia tốc
Thay vì sử dụng lốc pin có điện áp thấp, việc sử dụng lốc pin 400V với chỉ 250 Amp là một giải pháp hiệu quả Thiết kế này đã trở thành tiêu chuẩn cho các mẫu xe điện thế hệ đầu, mặc dù các phiên bản mới hơn vẫn tiếp tục áp dụng lốc pin 400V Để đạt được điện áp 400V, cần mắc nối tiếp 94 cell pin, tạo thành một cell lớn với điện áp 400V đủ để vận hành động cơ Tuy nhiên, cell lớn này không đủ dung lượng, do đó cần thêm 74 cell mắc song song, tổng cộng là 96 cell Đây là cách mà Nissan đã áp dụng cho chiếc xe LEAF, với 96 cell trong lốc pin, đảm bảo nguồn điện 400V cần thiết cho hoạt động.
Việc xếp các cell pin giúp tăng tốc độ sạc cho lốc pin, cho phép sử dụng điện áp và dòng sạc cao, miễn là bộ sạc có công suất phù hợp.
Tất cả phụ thuộc vào các thông số mà chiếc xe tập trung vào; nhà sản xuất có thể chấp nhận đánh đổi chi phí để đạt được chất lượng lắp ráp hoàn hảo hơn.
Trong bài có nói về các kiểu mắc cell nối tiếp và song song (giả sử tất cả cell đều giống nhau)
Khi mắc nối tiếp, điện áp bằng tổng điện áp từng từng cell, dung lượng và dòng xả tối đa không đổi
Khi mắc song song, điện áp không đổi, dung lượng và dòng xả tối đa bằng tổng từng cell h
2.4.2 Động cơ điện Động cơ điện là nguồn công suất chính trong hệ thống truyền lực xe điện –
EV là nguồn công suất thứ hai trong hệ thống truyền lực của xe Hybrid, với hai loại động cơ điện phổ biến là động cơ một chiều không chổi than (BLDC) và động cơ xoay chiều cảm ứng (AC Induction Motor) Cả hai loại động cơ này đều có hiệu suất cao, yêu cầu bảo trì ít và có tuổi thọ lâu dài Đặc biệt, động cơ điện tích hợp trong bánh xe đang trở thành xu hướng mới trong thiết kế nguồn động lực cho xe Hybrid và xe điện bốn bánh, cũng như được sử dụng rộng rãi trên các xe điện và xe Hybrid hai bánh.
2.4.2.1 Động cơ điện một chiều không chổi than Động cơ DC không chổi than cũng tương tự như một động cơ DC có chổi than nhưng chức năng của rotor và stator được đảo ngược Rotor được tạo thành từ một bộ nam châm vĩnh cửu và stator là nam châm điện được điều khiển Động cơ không chổi than không còn chổi than và cổ góp, tia lửa điện sinh ra giữa chúng cũng được loại bỏ với thiết kế này Tia lửa này không chỉ làm giảm tuổi thọ của động cơ mà còn tạo ra nhiễu điện từ Điều đó ảnh hưởng không tốt cho các hệ thống điều khiển điện tử hiện đại
Động cơ DC không chổi than sử dụng mạch điện tử để điều khiển dòng điện vào các cuộn dây stator, giúp duy trì sự quay của rotor Sự đảo chiều dòng điện qua các cuộn dây được thực hiện bởi các transistor công suất, dựa trên vị trí của rotor, thường được theo dõi bằng cảm biến Hall Phương pháp điều chế độ rộng xung hiện nay là cách chủ yếu để kiểm soát dòng điện trong các cuộn dây Động cơ không chổi than có ưu điểm vượt trội so với động cơ có chổi than như độ tin cậy cao hơn và sức mạnh lớn hơn, mặc dù chi phí đầu tư cho thiết bị điều khiển điện tử cao hơn.
Hình 2.5: Động cơ không chổi than trên Honda Civic Hybrid h
Động cơ một chiều DC (Direct Current Motors) là loại động cơ hoạt động bằng nguồn điện áp DC, có dòng điện chạy theo hướng xác định Đầu dây ra của động cơ thường bao gồm hai dây: dây nguồn (VCC) và dây tiếp đất (GND) Đặc điểm nổi bật của động cơ DC là khả năng quay liên tục, mang lại hiệu suất cao trong các ứng dụng điều khiển.
Khi cung cấp năng lượng, động cơ DC khởi động quay, chuyển đổi điện năng thành cơ năng Động cơ DC thường có tốc độ quay rất cao, với cường độ RPM (vòng quay/phút) có thể đạt từ 1000 đến 40.000 RPM khi không có tải.
Cấu tạo và phân loại (theo cách kích từ): a) Cấu tạo:
Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần cổ góp - chỉnh lưu
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện
Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều
Bộ phận chỉnh lưu có chức năng đổi chiều dòng điện trong quá trình quay liên tục của rotor Thông thường, bộ phận này bao gồm một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
- Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:
Kích từ hỗn hợp gồm 2 cuộn dây kích từ 1 cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn mắc song song với phần ứng
SƠ LƯỢC VỀ MATLAB/SIMULINK
Chức năng và phạm vi sử dụng
MATLAB là phần mềm tính toán số và lập trình do MathWorks phát triển, cho phép xử lý ma trận, vẽ đồ thị và thực hiện thuật toán Bên cạnh đó, Simulink là môi trường sơ đồ khối hỗ trợ mô phỏng đa miền và thiết kế dựa trên mô hình, giúp thiết kế hệ thống, tạo mã tự động và kiểm tra các hệ thống nhúng Simulink tích hợp với MATLAB, cung cấp trình soạn thảo đồ họa và thư viện khối tùy chỉnh để mô hình hóa và mô phỏng các hệ thống động.
MATLAB vào các mô hình và xuất kết quả mô phỏng sang MATLAB để phân tích thêm
Simulink là một môi trường mô phỏng và thiết kế mô hình cho các hệ thống động và nhúng, tích hợp với MATLAB Được phát triển bởi MathWorks, Simulink là công cụ ngôn ngữ lập trình đồ họa luồng dữ liệu, cho phép mô hình hóa, mô phỏng và phân tích các hệ thống động đa miền Nó hoạt động như một công cụ lập sơ đồ khối đồ họa với bộ thư viện khối có thể tùy chỉnh.
Simulink cho phép tích hợp các thuật toán MATLAB vào mô hình và xuất kết quả mô phỏng sang MATLAB để phân tích sâu hơn Nó hỗ trợ thiết kế hệ thống mô phỏng, tạo mã tự động, kiểm tra và xác minh các hệ thống nhúng MathWorks cung cấp nhiều sản phẩm bổ trợ, cùng với phần cứng và phần mềm của bên thứ ba, có thể sử dụng kết hợp với Simulink Dưới đây là danh sách tóm tắt một số sản phẩm này.
- Stateflow cho phép phát triển các máy trạng thái và lưu đồ
- Simulink Coder cho phép tạo mã nguồn C để thực hiện các hệ thống theo thời gian thực một cách tự động
xPC Target kết hợp với các hệ thống thời gian thực dựa trên x86 cung cấp môi trường lý tưởng để mô phỏng và kiểm tra các mô hình Simulink và Stateflow trong thời gian thực trên các hệ thống vật lý.
- Bộ mã hóa nhúng hỗ trợ các mục tiêu được nhúng cụ thể
- HDL Coder cho phép tự động tạo VHDL tổng hợp và Verilog
SimEvents cung cấp thư viện khối xây dựng đồ họa để mô hình hóa hệ thống xếp hàng, trong khi Simulink cho phép xác minh và xác nhận các mô hình một cách hệ thống Việc kiểm tra kiểu mô hình, truy xuất nguồn gốc yêu cầu và phân tích vùng phủ của mô hình là những khả năng nổi bật của Simulink.
Simulink Design Verifier cho phép bạn xác định các lỗi thiết kế và tạo các kịch bản trường hợp thử nghiệm để kiểm tra mô hình h
Hình 3.1: Giao diện chính của Matlab
Hình 3.2: Giao diện chính của Simulink
Ứng dụng của Matlab/Simulink
Dưới đây là các hàm và phép tính toán học phổ biến nhất được sử dụng trong Matlab: [8]
1 Xử lý ma trận và mảng
2 Vẽ và đồ họa 2-D và 3-D
8 Giải tích và phương trình vi phân
13 Nhiều chức năng đặc biệt khác
- Ứng dụng Matlab/Simulink trên ô tô
Matlab/Simulink là công cụ quan trọng trong nghiên cứu và học tập lĩnh vực ô tô, giúp người dùng xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống và chu trình vận hành trong điều kiện gần gũi với thực tế Việc này không chỉ tiết kiệm chi phí và thời gian mà còn cung cấp kết quả phục vụ cho quá trình phân tích và đánh giá trong nghiên cứu Một số ứng dụng tiêu biểu trong ngành ô tô bao gồm mô phỏng hệ thống treo, hệ thống truyền lực, hệ thống phanh ABS, động cơ đốt trong, động cơ điện, xe điện và xe lai.
Hình 3.3: Một số ví dụ về Matlab/Simulink về xe điện, xe lai h
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG XE ĐIỆN
Mô phỏng Explore The Electric Vehicle Reference Application (BEV)
Đây là một dự án MATLAB có mô hình xe điện chạy bằng pin (BEV) Model
"EvReferenceApplication" là một mẫu xe điện hoàn chỉnh, bao gồm máy phát động cơ, pin, hệ thống truyền động trực tiếp và các thuật toán điều khiển hệ thống truyền lực Ứng dụng này được sử dụng để phân tích kết hợp hệ thống truyền lực, lựa chọn thành phần, thiết kế thuật toán điều khiển, chẩn đoán và kiểm tra phần cứng trong môi trường HIL (Hardware in the Loop).
Hình 4.1: Sơ đồ tổng thể mô hình xe điện [9] h
4.1.2 Mô phỏng mô hình xe điện
Mô hình Battery EV trên Simulink đại diện cho một mẫu xe điện hoàn toàn, bao gồm máy phát động cơ, pin, hệ thống truyền động trực tiếp và các thuật toán điều khiển liên quan Ứng dụng này giúp phân tích hệ thống truyền lực, lựa chọn thành phần, thiết kế thuật toán điều khiển, cũng như thực hiện chẩn đoán và kiểm tra phần cứng trong vòng (HIL).
4.1.3 Mô hình hóa các bộ phận trên xe điện
A Khối chu kỳ (Drive Cycle Source):
Khối chu kỳ theo tiêu chuẩn FTP – 75 cung cấp tín hiệu vận tốc tham chiếu (vref) cho khối người điều khiển (Longitudinal Driver) và thực hiện so sánh với kết quả cuối cùng.
Chu trình FTP-75 là quy trình thử nghiệm xe trong điều kiện đô thị theo tiêu chuẩn của EPA Mỹ So với chu trình FTP-72, FTP-75 kéo dài thêm 505 giây Đặc điểm nổi bật của chu trình này là động cơ được khởi động ở trạng thái nguội sau một đêm ở nhiệt độ môi trường 20 °C Chu trình thử nghiệm bao gồm ba giai đoạn khác nhau.
+ Giai đoạn 1 (Cold start phase) kéo dài trong 505s, tương ứng với quãng đường
5,78km với tốc độ trung bình 41,2km/h
+ Giai đoạn 2 (Transient phase) kéo dài trong 867s
+ Giai đoạn 3 giống như giai đoạn 1 của chu trình trước và được khởi động lại sau khi đã dừng động cơ 10 phút kể từ lúc kết thúc giai đoạn 2
+ Quãng đường di chuyển: 17.77 km
+ Tốc độ trung bình: 34.1 km/h h
Hình 4.3: Chu trình tiêu chuẩn FTP – 75 [10]
Hình 4.4: Khối Drive Cycle Source
Tạo ra các biến môi trường như cấp đường, vận tốc gió, nhiệt độ và áp suất khí quyển Nhiệt độ môi trường được thiết lập ở mức nhiệt độ phòng (300 K hoặc 27°C), trong khi áp suất được lấy bằng áp suất khí quyển tại mặt đất Vận tốc gió và cấp đường được xác định thông qua các kết quả lập trình mặc định của Matlab.
Hình 4.5: Thuật toán khối môi trường h
C Khối người điều khiển (Longitudinal Driver)
Khối “Longitudinal Driver” thực hiện việc điều khiển tốc độ theo chiều dọc dựa vào vận tốc tham chiếu (Vref) từ khối FTP-75 và vận tốc phản hồi (VehFdbk) từ khối Passenger Car Nó sử dụng các tác vụ bên ngoài để nhập tín hiệu nhằm vô hiệu hóa, giữ hoặc ghi đè các lệnh vòng kín Khối này sẽ đưa ra các chế độ tăng tốc hoặc giảm tốc phù hợp với vận tốc tham chiếu Đồng thời, biến thể Longitudinal Driver hoặc Open Loop được sử dụng để tạo ra các lệnh phanh và tăng tốc chuẩn hóa.
+ Biến thể Longitudinal Driver thực hiện mô hình trình điều khiển sử dụng mục tiêu của xe và vận tốc tham chiếu
Biến thể Open Loop cho phép cấu hình lệnh tăng, giảm tốc, hộp số và ly hợp dựa trên đầu vào không đổi hoặc tín hiệu.
Hình 4.7: Thuật toán khối người điều khiển
- Bộ điều khiển: sử dụng tham số Control type, cntrlType để chỉ định một trong các tùy chọn sau (ở model này sử dụng loại tham số “Predictive”): h
Hình 4.8: Lựa chọn bộ điều khiển Bảng 4.1: Giải thích các lựa chọn bộ điều khiển
Thiết lập Thực hiện khối
PI Điều khiển phân tích theo tỷ lệ (PI) với theo dõi độ tăng tốc và chuyển tiếp
Scheduled PI Điều khiển PI với chức năng theo dõi tốc độ xe và tốc độ tăng tiến
Mô hình này thể hiện hành vi kiểm soát tay lái của người lái khi di chuyển trên lối đi và tránh chướng ngại vật Nó sử dụng phương pháp xem trước (look ahead) để theo dõi con đường đã được xác định Để triển khai mô hình MacAdam, các khối sẽ được sử dụng một cách hiệu quả.
- Biểu thị động lực học dưới dạng phương tiện đường đơn tuyến tính (xe đạp)
- Giảm thiểu tín hiệu lỗi đã xem trước tại một điểm trước T * giây trong thời gian h
- Nguyên nhân cho độ trễ trình điều khiển bắt nguồn từ cơ chế cảm giác và thần kinh cơ
- Chuyển số: sử dụng tham số Shift type, shftType để thực hiện một trong các tùy chọn sau (ở model này sử dụng loại tham số “Reverse, Neutral, Drive”):
Hình 4.9: Lựa chọn chuyển số Bảng 4.2: Giải thích các lựa chọn chuyển số
Thiết lập Thực hiện khối
Không có hộp số Khối đầu ra một bánh răng không đổi và duy trì cùng 1 vận tốc
Sử dụng cài đặt này để giảm thiểu số lượng thông số cần thiết cho việc tạo lệnh tăng tốc và phanh, giúp theo dõi chuyển động phía trước của xe Lưu ý rằng cài đặt này không cho phép xe di chuyển ngược lại.
Block sử dụng biểu đồ Stateflow ® để thiết lập mô hình lập chuyển số gồm số lùi, trung gian và số tiến h
Block sử dụng biểu đồ Stateflow để lập mô hình lập kế hoạch chuyển số lùi, trung tính, đỗ xe và tốc độ N
Tùy thuộc vào trạng thái xe và phản hồi vận tốc của xe, khối sử dụng các thông số này để xác định:
Vị trí bàn đạp ga lên và sang số
Vận tốc chuyển số lên và xuống số
Thời gian để chuyển đổi và tham gia về phía trước và ngược lại từ trung gian
Block sử dụng bánh răng đầu vào, trạng thái xe và phản hồi vận tốc để tạo ra lệnh tăng tốc và phanh, nhằm theo dõi chuyển động của xe khi tiến và lùi.
Bảng 4.3: Các biến thể của khối Longitudinal Driver [16]
Các biến thể khối Sự miêu tả
Mapped Điều khiển PI với chức năng theo dõi tốc độ xe và tốc độ tăng tiến
Predictive Kiểm soát tối ưu xem trước một điểm Scalar Điều khiển tính tích phân theo tỷ lệ (PI) với theo dõi tốc độ tăng tốc và chuyển tiếp
Low-pass filter (LPF- Lọc tần số thấp)
LPF Sử dụng LPF trên sai số vận tốc mục tiêu để lái xe mượt mà hơn
Pass Không sử dụng bộ lọc về sai số vận tốc
Biểu đồ Stateflow mô hình lập lịch trình chuyển số đảo ngược, trung tính và truyền động
Thiết bị đầu vào, cùng với trạng thái vận tốc và vận tốc phản hồi, tạo ra các lệnh tăng tốc và phanh, giúp theo dõi chuyển động tiến và lùi của xe.
None (Mặc định) Không có đường truyền
Biểu đồ trạng thái mô hình lập lịch trình chuyển số lùi, trung gian, đỗ xe và tốc độ N
Open Loop- Vòng lặp mở
Hệ thống phụ điều khiển vòng hở cho phép cấu hình các lệnh tăng, giảm tốc, hộp số và ly hợp dựa trên các đầu vào không đổi hoặc tín hiệu.
+ Bộ điều khiển: Theo dõi tốc độ PI
Khi bạn chọn điều khiển PI hoặc Scheduled PI, khối sẽ thực hiện điều khiển tích phân theo tỷ lệ (PI) với khả năng theo dõi lợi ích và chuyển tiếp Đối với cấu hình Scheduled PI, khối này áp dụng hệ số khuếch đại tiến lùi dựa trên vận tốc của xe.
- Công thức cài đặt PI: y = K v v +K e v + (K e v + K e )dt + K θ
- Công thức cài đặt lịch trình PI: y = K (v) v v +K (v)e v + (K (v)e v + K e )e dt + K (v)θ
- Bộ lọc thông thấp lỗi vận tốc sử dụng chức năng truyền này
- Khi tăng tốc và phanh, khối sử dụng các phương trình này y 0 y < 0 y 0 ≤ y ≤ 1
V : Tốc độ xe danh nghĩa
K : Hệ số tỷ lệ thuận
K : Cấp độ tăng tiến vận tốc
K : Cấp độ tăng tiến độ dốc
τ : Hằng số thời gian lọc lỗi
y: Độ lớn đầu ra điều khiển danh nghĩa
y : Độ lớn đầu ra điều khiển bão hòa
e : Sự khác biệt giữa đầu ra điểm bão hòa và danh nghĩa
𝑉 : Tín hiệu vận tốc phản hồi
- Khối “Passenger Car” có chứa một hệ thống điện (Electric Plant) và các hệ thống khác của hệ thống truyền lực (Drivetrain)
Để thiết lập mô hình hệ thống điện, bạn có thể sử dụng tính năng "Toggle To Simscape Electric Plant" để chuyển đổi giữa các biến thể của Simscape và Powertrain Blockset trong hệ thống con nhà máy Mặc định, ứng dụng tham chiếu sẽ sử dụng biến thể Powertrain Blockset, trong khi biến thể Simscape cho phép kết nối vật lý linh hoạt, giúp dễ dàng lắp ráp các thành phần.
45 Hình 4.10: Thuật toán trong khối Passenger Car h
- Khối này chủ yếu chứa các hệ thống liên quan đến truyền lực và khung gầm
- Sơ đồ tổng thể các khối trong “Drivetrain”:
Hình 4.11: Thuật toán khối Drivetrain
Khối “Rotational Inertia”: khối nhận mô-men quay từ động cơ và cho ra mô-men quán tính quay
- Các thông số được nhập vào khối:
Tốc độ góc ban đầu h
Hình 4.13: Các thông số mô phỏng trong khối Rotational Inertia
- Các thông số đầu vào:
RTrq: mô-men xoắn trục truyền động đầu vào [N.m]
CTrq: tải mô-men xoắn trục truyền động [N.m]
- Các thông số đầu ra:
Spd: tốc độ góc trục truyền động [rad/s]
Khối “Driveshaft Compliance”: khối này sử dụng vận tốc góc của trục truyền động, độ cứng xoắn và giảm xóc xoắn để xác định mô-men
- Các công thức được sử dụng trong khối:
TR: mô-men R của trục truyền động
Tc: mô-men C của trục truyền động h
ω : vận tốc góc R của trục truyền động
ω : vận tốc góc C của trục truyền động
θ: khớp xoay của trục truyền động
k: độ cứng trục truyền động
b: độ nhớt giảm chấn xoắn
- Các thông số nhập vào khối:
Tốc độ góc ban đầu
Hình 4.15: Các thông số mô phỏng trong khối Driveshaft Compliance
- Các tín hiệu đầu vào và đầu ra:
R: vận tốc góc [rad/s] và mô-men xoắn [N.m] đầu vào
C: vận tốc góc [rad/s] và mô-men xoắn [N.m] đầu ra
Khối “Wheels and Brakes”: khối này mô tả các lực tác dụng lên bánh xe ví dụ như lực dọc trục (Fx), phản lực tác dụng bánh xe (Fz),…
- Hệ thống dữ liệu ở bánh xe trước: h
Hình 4.16: Hệ thống dữ liệu ở bánh trước
- Hệ thống dữ liệu ở bánh xe sau:
Hình 4.17: Hệ thống dữ liệu ở bánh sau
Khối bánh xe dọc (Longitudinal Wheel) cho phép tính toán lực dọc, lực cản lăn và loại phanh, được sử dụng trong mô phỏng xe trượt và chạy dọc để xác định khả năng tăng tốc, phanh và lực cản lăn Nó giúp xác định mô-men xoắn và công suất cần thiết cho chu kỳ truyền động hoặc trong các trường hợp phanh cụ thể Tuy nhiên, khối này không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu trượt ngang kết hợp.
- Có bốn loại khối Bánh xe dọc, mỗi khối thực hiện một kiểu phanh khác nhau (trong Model này sử dụng kiểu phanh đĩa): h
Bảng 4.4: Giải thích các loại phanh
Tên khối Các kiểu phanh Thực hiện phanh
Không có phanh Không có Không có
Phanh đĩa Đĩa Biến áp suất xylanh phanh thành lực phanh
Phanh tang trống Tang trống
Phanh tang trống Simplex chuyển đổi lực tác dụng và hình dạng phanh thành mô- men phanh thực
Phanh được ánh xạ Mapped
Một hàm của tốc độ bánh xe và áp suất phanh được áp dụng
- Động lực học bánh xe quay: khối tính toán phản ứng quán tính của bánh xe đối với:
Phanh và mô-men xoắn truyền động
Tiếp xúc với mặt đất thông qua tiết diện giữa bánh xe và mặt đường
Kết quả mô phỏng theo model mẫu
Thông số mô phỏng trong model:
Bảng 4.6: Thông số xe theo model mẫu
Thông số Giá trị Đơn vị h
Khoảng cách từ cầu trước tới trọng tâm xe 1,188 m
Khoảng cách từ cầu sau tới trọng tâm xe 1,512 m
Chiều cao trọng tâm xe 0,5 m
Hệ số cản dọc Cd 0,28
Nhiệt độ 300 K Áp suất 101325 Pa
Bán kính lăn bánh xe 0,336 m
Mô-men xoắn cực đại 280 Nm
Dung lượng pin 26 Ah Điện áp pin 400 V
Hình 4.49: Đồ thị tốc độ xe
Hình 4.50: Đồ thị tốc độ động cơ h
Hình 4.51: Đồ thị mô-men xoắn động cơ
Hình 4.52: Đồ thị trạng thái sạc SOC
Hình 4.53: Đồ thị dòng điện pin
Hình 4.54: Đồ thị mức tiêu thụ năng lượng h
Mô phỏng trên xe Tesla Model 3 năm 2020 phiên bản Standard (RWD)
Bảng 4.7: Thông số xe Tesla Model 3 năm 2020
Thông số Giá trị Đơn vị
Khoảng cách từ cầu trước tới trọng tâm xe 1,188 m
Khoảng cách từ cầu sau tới trọng tâm xe 1,687 m pChiều cao trọng tâm xe 0,5 m
Nhiệt độ 300 K Áp suất 101325 Pa
Bán kính lăn bánh xe 0,4 m
Mô-men xoắn cực đại 375 Nm
Dung lượng pin 33 Ah Điện áp pin 60 V
- Sau khi nhập thông số xe Tesla Model 3 vào Model, ta được kết quả mô phỏng theo tiêu chuẩn FTP-75 như sau:
Hình 4.55: Đồ thị tốc độ xe thực nghiệm trên Tesla Model 3 h
Hình 4.56: Đồ thị tốc độ động cơ thực nghiệm trên Tesla Model 3
Hình 4.57: Đồ thị mô-men xoắn động cơ thực nghiệm trên Tesla Model 3
Đường đồ thị vận tốc mô phỏng khớp chặt với đường vận tốc tham chiếu, chứng tỏ độ chính xác cao của mô hình và các thông số đã được nhập đúng, với độ sai lệch không đáng kể Mối quan hệ giữa mô men và tốc độ động cơ vẫn thể hiện tính chính xác qua công thức P = T ∗ ω, trong đó P là công suất (KW), T là mô men (Nm) và ω là tốc độ động cơ (RPM).
Hình 4.58: Đồ thị trạng thái sạc SOC thực nghiệm trên Tesla Model 3 h
Hình 4.59: Đồ thị dòng điện pin thực nghiệm trên Tesla Model 3
Hình 4.60: Đồ thị mức tiêu thụ năng lượng thực nghiệm trên Tesla Model 3
Mô-men và cường độ dòng điện của pin âm chỉ rõ mô-men phát điện và cường độ dòng điện sạc cho pin Mặc dù trạng thái sạc của pin giảm, nhưng vẫn duy trì trong ngưỡng hoạt động tối ưu Tính kinh tế nhiên liệu được thể hiện rõ ràng nhất khi xe bắt đầu tăng tốc ngay sau khi khởi động.