nghiên cứu mô phỏng xe điện vinfast vf e34

Nhận thấy vấn đề trên, xu hướng phát công nghệ trên những phương tiện di chuyển đang chuyển dịch dần thành những thứ thân thiện với môi trường, điện năng được sử dụng trong các phương ti

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, thế giới đang được chứng kiến rất nhiều cuộc cách mạng khoa học - kỹ thuật với vô vàn công nghệ tiên tiến và hiện đại được cho ra mắt và sử dụng trong cuộc sống thực tiễn Việc khoa học công nghệ phát triển, cùng với đó là môi trường đang dần bị ô nhiễm, Trái Đất nóng lên, lượng khí CO2 thải ra môi trường ngày càng nhiều, chủ yếu từ các phương tiện và nhà máy Nhận thấy vấn đề trên, xu hướng phát công nghệ trên những phương tiện di chuyển đang chuyển dịch dần thành những thứ thân thiện với môi trường, điện năng được sử dụng trong các phương tiện ngày càng nhiều, thành nguồn nhiên liệu chính để những chiếc xe lăn bánh, trong khi lượng khí thải CO2 ra môi trường gần như bằng không

Như chúng ta nhìn thấy trước mắt mỗi ngày trên những cung đường, bắt đầu từ xe đạp điện vào thập niên 2010s đưa những cậu nhóc cô nhóc học sinh đi đến trường Đến những năm gần đây là xe máy điện được sử dụng ngày càng nhiều, và hiện tại khi chúng ta tham gia giao thông, việc bắt gặp những chiếc xe ô tô điện VF e34, VF8, VF9 của Vinfast cứ mỗi vài trăm mét là điều bình thường Việc những trạm sạc được phân bổ rộng rãi hơn, giá thành của những phương tiện di chuyển bằng điện càng ngày càng giảm, xe điện ít phát ra tiếng ồn hơn xe chạy động cơ đốt trong, ít thải ra những loại khí thải ảnh hưởng tới môi trường hơn, êm ái hơn Những ưu điểm trên làm cho xe điện ngày càng phát triển, trở thành xu thế tất yếu Vinfast ở Việt Nam đang là hãng đi đầu trong việc phát triển ô tô chạy động cơ điện, với nước đi đầu tiên vào năm 2021 là chiếc Vinfast VF e34 Chiếc xe với thiết kế thời thượng, vận hành êm ái và là chiếc xe ô tô điện tiên phong của Vinfast, việc bắt gặp những chiếc xe Vinfast VF e34 mỗi lần đi trên đường giờ đã là điều quen thuộc Và với độ phủ sóng đó, nhóm chúng em sẽ thực hành mô phỏng đặc tính động lực học của xe với đề tài: “ Nghiên cứu mô phỏng xe điện Vinfast VF e34 ”.

Mục tiêu của đề tài, đối tượng nghiên cứu

Với nhiệm vụ đặt ra của đề tài là nghiên cứu hệ thống động lực học, đề tài thực hiện những nội dung sau: Tìm hiều về xe Vinfast VF e34 Thiết lập mô hình toán học của một chiếc tô tô điện dựa trên mẫu Vinfast VF e34 Thiết kế mô hình mô phỏng động lực học theo mẫu Vinfast VF e34 bằng Matlab Simulink Mô phỏng xe điện Vinfast VF e34 bằng mô hình có sẵn trong Simulink Đối tượng nghiên cứu:

- Xe điện Vinfast VF e34 (Động lực học của xe)

Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài, đã sử dụng các phương pháp:

- Phương pháp tra cứu và tìm kiếm tài liệu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp mô hình hóa, mô phỏng: Trên cơ sở lý thuyết động lực học ô tô

- Phương pháp phân tích, tổng hợp, đánh giá.

Nội dung của đồ án

- Chương 1: Tổng quan về đề tài: Lý do chọn đề tài, phương pháp, đối tượng và mục tiêu hướng tới của đề tài

- Chương 2: Tổng quan về xe điện: Lịch sử ô tô điện, cấu tạo cơ bản, phân loại động cơ điện, pin, sạc pin, các tiêu chuẩn an toàn và chu trình thử nghiệm xe điện

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết và thiết kế mô hình: Thông số cơ bản các chi tiết cấu tạo nên Vinfast VF e34, phân tích lực tác dụng khi vận hành, giới thiệu Matlab/Simulink, thiết lập mô hình động lực học

- Chương 4: Kết quả mô phỏng và thảo luận: Tìm hiểu mô hình EV trong Simulink, ứng dụng mô hình EV mô phỏng Vinfast VF e34, nhận xét, thảo luận về kết quả đạt được

- Chương 5: Kết luận và đề nghị: Đưa ra kết luận sau khi thực hiện đồ án và những kiến nghị để cải thiện kết quả

TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN

Giới thiệu về lịch sử xe điện

Xe điện sớm nhất được phát minh ở Scotland và Hoa Kỳ Vào những năm 1830, những chiếc xe điện đầu tiên được sản xuất, những chiếc xe này sử dụng pin không thể sạc lại Từ năm 1832 - 1839 Robert Anderson của Scotland đã chế tạo chiếc xe điện nguyên mẫu đầu tiên Năm 1834, Thomas Davenport của Mỹ đã phát minh ra động cơ điện dòng điện một chiều đầu tiên trên ô tô hoạt động trên một đường dẫn điện tròn

Năm 1859, Gaston Planté - nhà vật lý người Pháp bắt đầu phát minh ra pin sạc và các vật dụng dùng để lưu trữ điện trên xe Năm 1888, Kỹ sư người Đức Andreas Flocken đã chế tạo ra chiếc ô tô điện bốn bánh đầu tiên Khoảng những năm 1890 - 1891, tại Mỹ, nhà phát minh William Morrison đã chế tạo một mẫu ô tô điện 6 chỗ ngồi Chiếc xe này có thể đạt tốc độ 23 km/h Năm 1987, những chiếc xe điện thương mại đầu tiên được đưa vào đội xe taxi của thành phố New York Công ty sản xuất Pope đã trở thành nhà sản xuất xe điện quy mô lớn đầu tiên ở Hoa Kỳ năm 1899 ‘La Jamais Contente’ (The Never Happy) được chế tạo tại Pháp, trở thành chiếc xe điện đầu tiên có tốc độ trên 100 km/h

Hình 2.1 Xe điện La Jamais Contente

* Giai đoạn bùng nổ và suy thoái (1901-1950):

Cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, xe điện đã tạo ra một xu hướng mới trong giao thông do những ưu điểm của chúng Vào thời điểm đó, các phương tiện chạy bằng hơi nước thường ồn ào và chậm chạp Trong khi đó, xe điện chạy êm hơn, không rung lắc, không phát ra khói và không có mùi xăng Do đó, vào những năm 1900, ô tô điện đã trở thành một trào lưu ở Mỹ Theo thống kê ở thời kỳ này, tính riêng nước Mỹ có khoảng 40% ô tô chạy bằng hơi nước, 22% xe chạy bằng xăng và có đến đến 38% là xe chạy điện

Tuy nhiên, kể từ những năm 1920, khi cơ sở hạ tầng được cải thiện, ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển, khiến giá nhiên liệu rẻ hơn nhiều Sự tiện lợi của ô tô chạy xăng đã vượt qua sự tiện lợi của ô tô điện, sau đó ô tô điện được thay thế bằng ô tô chạy bằng xăng khiến cho ngành công nghiệp ô tô điện dần suy thoái

Năm 1966 Quốc hội Hoa Kỳ ban hành luật khuyến nghị xe điện như một cách giảm ô nhiễm không khí Ngoài ra vào năm 1973 lệnh cấm vận dầu mỏ của OPEC đã khiến giá dầu tăng cao, các trạm nhiên liệu thiếu hàng nghiêm trọng Do đó, mối quan tâm đến xe điện đã gia tăng

Trong những năm này, hai công ty xe hơi đã nổi lên vào những năm 1970 Công ty đầu tiên tên là Sebring - Vanguard với mẫu xe hơi “CitiCars” Với hơn 2000 chiếc được sản xuất, CitiCars đã trở thành chiếc xe điện được sản xuất nhiều nhất tại Hoa Kỳ ở thời điểm đó chiếc xe với tốc độ tối đa đạt 70 km/h quãng đường đi được tại mỗi lần sạc đầy là 80 - 100 km Công ty thứ 2 là Elcar Corporation, sản xuất chiếc xe có tốc độ tối đa là 70 km/h và có thể chạy quãng đường lên đến 100 km cho mỗi lần sạc đầy

Năm 1990, Đạo luật không khí sạch sửa đổi và Luật chính sách năng lượng năm 1992 đã một lần nữa thúc đẩy mối quan tâm về xe điện Năm 1996 để tuân thủ các yêu cầu về Phương tiện Không phát thải của California năm 1990, GM đã sản xuất xe điện EV1 Một trong những mẫu xe điện phổ biến nhất trong suốt thời điểm cuối thế kỷ 20 là General Motors EV1 Xe có phạm vi quãng đường mỗi lần sạc là 160 km và có thể tăng tốc từ 0 - 97km chỉ trong 7 giây

Tại Nhật Bản, vào năm 1997 Toyota đã bắt đầu sản xuất và bán xe Prius, chiếc xe Hybrid thương mại đầu tiên trên thế giới với 18.000 xe đã được bán trong năm đầu tiên Prius là chiếc xe sử dụng nhiên liệu điện kết hợp với xăng (Xe hybrid) đầu tiên được sản xuất đại trà và nó nhanh chóng trở thành một mẫu xe mang tính biểu tượng

Vào năm 2010 giá dầu đạt mức cao kỷ lục, Nissan cho ra mắt dòng xe chạy điện Hiện Nissan Leaf đang là chiếc xe chạy điện có thể chạy trên cao tốc bán chạy nhất trên thế giới và quãng đường đạt chỉ 160km Tính tới tháng 12/2015, Nissan đã bán hơn 200.000 chiếc

5 trên toàn thế giới và 88.000 chiếc tại Mỹ

Năm 2011, nguồn cung xe điện toàn cầu đạt khoảng 50.000, tập đoàn tàu của chính phủ Pháp cam kết mua 50.000 chiếc EV trong vòng 4 năm và Nissan Leaf đã giành được giải thưởng xe của năm tại Châu Âu

Năm 2006, thông tin về kế hoạch ra mắt chiếc xe điện có thể chạy 320km mỗi lần sạc của Tesla đã giúp nâng cao hình ảnh của xe chạy điện Tới năm 2011, Tesla đã tung ra mẫu Roadster, với quãng đường đạt tới 386 km mỗi lần sạc nhưng mức giá của nó lên tới hơn 100.000 USD

Model S là một trong những mẫu ô tô điện đầu tiên được Tesla sản xuất Không chỉ thu hút được những khách hàng tại Châu Âu vốn ưa chuộng xe điện, xe còn nhanh chóng được các đại gia Việt thích khác biệt săn đón Xe đạt vận tốc tối đa khoảng 225 km/h, mômen xoắn cực đại 525 Nm và đạt công suất tối đa 328 Hp Vào tháng 8/2014, chiếc Tesla Model S màu đen đầu tiên đã cập bến dải đất hình chữ S

Hình 2.2 Mẫu xe Tesla Model S

Bước ngoặt quan trọng nhất của ngành công nghiệp xe điện bùng nổ và thu hút sự quan tâm của toàn thế giới vào năm 2016 khi Tesla ra mắt mẫu Model 3 Mẫu xe ô tô điện này có giá bán lẻ 35.000 USD, mức giá vô cùng hợp lý trong bối cảnh giá xe điện vẫn còn đắt đỏ Khách hàng cũng đặc biệt quan tâm khi Tesla 3 có thể tăng tốc lên 96 km/h chỉ trong vài giây cụ thể là 2,5 giây ngang ngửa với những chiếc siêu xe chạy xăng với mức giá từ vài trăm ngàn đô đến một triệu đô.

Ưu nhược điểm của xe điện

Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường: Xe điện không sản sinh khí nhà kính và không có khí thải Chúng sử dụng năng lượng điện, một nguồn năng lượng sạch hơn, giúp giảm tác động đến môi trường và đóng góp vào cuộc chiến với biến đổi khí hậu

Tiết kiệm tiền và chi phí vận hành thấp: Xe điện thường có chi phí vận hành thấp hơn xe động cơ đốt trong Nó không cần xăng và có ít linh kiện cơ học động cơ, giúp giảm sự cố và bảo dưỡng

Hiệu suất cao: Động cơ điện có thể cung cấp mô men xoắn tại mọi tốc độ, giúp xe điện tăng tốc nhanh hơn và có hiệu suất vận hành tốt hơn so với xe động cơ đốt trong Yên tĩnh và ít tiếng ồn: Xe điện hoạt động yên tĩnh hơn và không tạo ra tiếng ồn động cơ đốt trong

Sử dụng năng lượng tái nạp: Xe điện có tính năng tái nạp năng lượng từ phanh trong khi đổ dốc, hoặc khi sử dụng phanh Điều này giúp gia tăng phạm vi lái và tiết kiệm năng lượng

Bảo trì đơn giản: Xe điện có ít linh kiện cơ học nên chúng ít cần bảo dưỡng và ít gặp sự cố

Phạm vi hoạt động hạn chế: Xe điện có phạm vi lái hạn chế so với xe động cơ đốt trong Điều này có thể gây khó khăn khi di chuyển xa hoặc trong các khu vực không có hạ tầng sạc pin phát triển

Thời gian sạc: Sạc pin của xe điện thường mất thời gian lâu hơn so với việc nạp nhiên liệu cho xe động cơ đốt trong

Hạ tầng sạc pin: Xe điện cần có hạ tầng sạc pin phát triển để tận dụng được toàn bộ tiềm năng của xe điện

Thời gian sử dụng pin hạn chế: Pin xe điện có tuổi thọ hạn chế và cần thay thế sau một thời gian sử dụng

2.2.3 So sánh về chi phí

Giá mua ban đầu: Thông thường, ô tô điện có giá mua ban đầu cao hơn so với ô tô động cơ đốt trong Điều này phần lớn do công nghệ pin và hệ thống lưu trữ năng lượng của ô tô điện vẫn đang phát triển và đắt đỏ hơn so với động cơ đốt trong truyền thống

Chi phí vận hành: Ô tô điện có chi phí vận hành thấp hơn so với ô tô động cơ đốt trong Ô tô điện sử dụng điện năng thay vì nhiên liệu, và điện năng thường có giá thành

7 thấp hơn nhiên liệu hóa thạch Ngoài ra, ô tô điện cũng ít phụ thuộc vào dầu mỏ và ít hơn về chi phí bảo dưỡng do hệ thống động cơ đơn giản hơn

Các ưu đãi chính sách: Một số quốc gia và khu vực đã áp dụng các chính sách khuyến khích sử dụng ô tô điện, bao gồm giảm thuế, hỗ trợ tài chính và các ưu đãi khác Những chính sách này giúp giảm giá thành của ô tô điện và làm cho nó trở nên hấp dẫn hơn so với ô tô động cơ đốt trong.

Cấu trúc cơ bản của xe điện

Hình 2.3 Sơ đồ khối cấu trúc cơ bản của ô tô điện

- Động cơ điện (Electric Motor): Điểm đặc trưng của xe điện là động cơ điện Động cơ điện chuyển đổi trực tiếp từ điện năng thành năng lượng cơ học để làm cho xe chạy Động cơ điện thường có hiệu suất cao và tạo ra ít tiếng ồn so với động cơ đốt trong

- Pin (Battery Pack): Pin là nguồn cung cấp điện năng cho động cơ điện Xe điện sử dụng pin lithium-ion hoặc các loại pin tái nạp khác để lưu trữ điện năng Kích thước và dung lượng của pin có thể thay đổi tùy thuộc vào mẫu xe

- Sạc pin (Battery Charger): Sạc pin là thiết bị để nạp điện năng vào pin Nó thường được kết nối với mạng điện lưới hoặc các nguồn điện tương tự

- Hệ thống điều khiển (Control System): Hệ thống điều khiển quản lý hoạt động của xe điện, điều chỉnh động cơ điện và quản lý pin để tối ưu hóa hiệu suất và tiêu thụ năng lượng

- Bộ biến tần (Inverter): Bộ biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều từ pin thành dòng điện xoay chiều cần thiết cho động cơ điện

- Hệ thống làm mát (Cooling System): Xe điện cần hệ thống làm mát để duy trì nhiệt độ an toàn cho pin và động cơ điện

- Truyền động (Transmission): Một số xe điện sử dụng hộp số và truyền động tương tự với xe truyền thống, trong khi một số xe sử dụng truyền động thẳng, vì động cơ điện có thể tạo ra mô men xoắn ở mọi tốc độ

- Hệ thống phanh (Braking System): Hệ thống phanh truyền thống của xe được thay thế bằng hệ thống phanh tái nạp Hệ thống phanh tái nạp giúp tạo ra điện năng từ động cơ điện để sạc lại pin khi phanh.

Động cơ điện

2.4.1 Khái niệm Động cơ điện là một dạng động cơ được thiết kế để chuyển đổi điện năng thành cơ năng, có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Cơ năng này sau đó có thể được sử dụng để thực hiện các công việc như kéo bánh xe trên ô tô, quay cánh quạt, hoặc làm chạy các thiết bị như máy nén Các động cơ điện đa dạng và phổ biến, được tích hợp rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp cao cấp như ô tô điện (EV, HEV), máy bay cũng như trong các thiết bị gia đình như máy quạt và máy khoan Điều này chứng tỏ tính đa dạng và linh hoạt của động cơ điện trong việc cung cấp năng lượng cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau, từ công nghiệp đến hộ gia đình

2.4.2 Phân loại động cơ điện

2.4.2.1 Động cơ điện 1 chiều (DC Motor) a Khái niệm Động cơ DC, còn được biết đến với tên gọi "động cơ một chiều”, là loại động cơ được thiết kế và sử dụng trong hệ thống dòng điện một chiều Được xem xét như một máy chuyển đổi năng lượng, động cơ DC chuyển đổi điện năng thành cơ năng dựa trên nguyên lý tương tác giữa từ trường và dòng điện b Nguyên lý hoạt động Động cơ DC sử dụng dòng điện trực tiếp để nhận năng lượng điện và chuyển đổi nó thành chuyển động quay cơ học Khi động cơ DC nhận năng lượng điện, một từ trường được tạo ra trong stator Từ trường này tác động lên nam châm trên rotor, tạo ra lực hút và

9 đẩy, thúc đẩy quá trình quay của rotor Quá trình này tạo ra chuyển động cơ học trong động cơ DC

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC c Ưu điểm Động cơ DC, mặc dù nhỏ gọn và đơn giản, nhưng động cơ DC mang lại nhiều ưu điểm và lợi ích đáng chú ý:

- Công suất của động cơ DC thường nằm trong khoảng 35 - 60W, tiêu thụ ít điện năng do chỉ cần cấp điện cho stator mà không cần cấp điện cho rotor Do đó, động cơ DC thường có khả năng tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với các loại động cơ một chiều khác

- Thiết kế đơn giản của động cơ DC và sử dụng nam châm vĩnh cửu giúp tăng độ bền và tuổi thọ, đạt đến mức trung bình là 15 năm

- Động cơ DC có khả năng thay đổi liên tục với nhiều dòng điện khác nhau khi hoạt động, đảm bảo hiệu suất hoạt động cao

- Trọng lượng nhẹ của động cơ DC làm cho việc lắp đặt dễ dàng, đặc biệt là ở những vị trí cao và đòi hỏi độ an toàn cao

- Do sử dụng chổi than, động cơ DC được đánh giá cao về khả năng khởi động và điều chỉnh, mang lại hiệu suất đáng kể

- Ứng dụng phổ biến nhất của động cơ DC là trong sản xuất và lắp ráp quạt trần, nơi mà khả năng tiết kiệm năng lượng và giảm tiếng ồn là ưu tiên hàng đầu d Nhược điểm

Bên cạnh những lợi ích nổi bật, động cơ DC cũng mang theo những hạn chế trong quá trình vận hành, bao gồm:

- Giá thành cao hơn so với nhiều loại động cơ điện một chiều khác

- Cấu trúc đơn giản của động cơ DC, đặc biệt là sự tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp, có thể dẫn đến việc tạo ra các tia điện và mài mòn cơ học trong quá trình hoạt động Điều này có thể làm tăng nhiệt độ của động cơ DC và gây hỏng hóc, thậm chí là nguy cơ cháy chập khi hoạt động vượt quá giới hạn

2.4.2.2 Động cơ không đồng bộ (Induction Motor – IM) a Khái niệm Động cơ không đồng bộ, hay còn được gọi là motor không đồng bộ, là một loại máy điện hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ trong môi trường xoay chiều Máy này có tốc độ của rotor (được biểu diễn bằng ký hiệu "n") khác với tốc độ của từ trường quay trong máy (tức là n1) Động cơ không đồng bộ có khả năng hoạt động ở hai chế độ là động cơ và máy phát điện b Nguyên lý hoạt động Động cơ IM sử dụng nguyên tắc tạo ra dòng xoay thông qua cuộn stator và rotor Khi áp dụng điện áp xoay chiều vào stator, một trường từ tính xoay được tạo ra Từ trường này tạo ra dòng điện xoay trong rotor theo nguyên tắc đạo hàm điện từ của Faraday Rotor bắt đầu quay theo sự tương tác giữa trường từ tính xoay và dòng điện xoay trong rotor c Ưu điểm Đơn giản và độ bền cao: Động cơ không đồng bộ không sử dụng chổi than và cổ góp, giảm độ mòn và yêu cầu bảo trì thấp

Chi phí thấp: Động cơ không đồng bộ thường có chi phí sản xuất thấp hơn so với các loại động cơ khác

Hiệu suất cao ở tốc độ lớn: Hiệu suất của động cơ không đồng bộ thường tăng khi tốc độ quay tăng lên

Sử dụng đa dạng: Động cơ không đồng bộ được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ ứng dụng gia dụng đến công nghiệp d Nhược điểm

Khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ: Động cơ không đồng bộ gặp khó khăn khi

11 cần điều chỉnh tốc độ so với một số loại động cơ khác như động cơ DC

Hiệu suất giảm ở tốc độ thấp: Hiệu suất của động cơ không đồng bộ giảm đi ở tốc độ quay thấp Điều chỉnh điện áp khó khăn: Điện áp và tần số cần được duy trì ổn định để đảm bảo hiệu suất tốt

2.4.2.3 Động cơ từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor – SRM) a Khái niệm Động cơ từ trở thay đổi là một loại động cơ không có nam châm và nó dựa vào hiện tượng từ trở thay đổi để tạo ra chuyển động Không có dòng điện được đưa vào trực tiếp vào rotor của động cơ từ trở thay đổi Thay vào đó, nó sử dụng từ trở thay đổi trong cả hai stator và rotor để tạo ra mô men xoắn và làm quay rotor b Cấu tạo Động cơ từ trở thay đổi bao gồm hai phần chính: stator và rotor

- Stator: Phần cố định của động cơ, bao gồm nhiều cuộn dây đặt xung quanh lõi từ, tạo thành các cặp cực từ

- Rotor: Phần quay của động cơ từ trở thay đổi, thường là một lõi sắt dẻo Rotor không có dây dẫn hoặc nam châm và được thiết kế để phản ứng với từ trường từ stator

Hình 2.5 Cấu tạo động cơ từ trở thay đổi c Nguyên lý hoạt động Động cơ từ trở thay đổi hoạt động bằng cách thay đổi từ trở thay đổi trong cả stator và rotor khi dòng điện được áp vào các cuộn dây của stator Khi dòng điện được áp vào một cuộn dây cụ thể, nó tạo ra một cặp cực từ trong stator và rotor cố gắng đặt vào một vị trí tối ưu dưới tác động của từ trở thay đổi Nói cách khác, rotor xoay để tối ưu hóa từ trở thay đổi trong hệ thống Để quay ngược chiều, dòng điện được đảo chiều để tạo ra cặp cực từ ngược hướng Quá trình này lặp đi lặp lại để tạo ra chuyển động quay d Ưu điểm Đơn giản và bền bỉ: Động cơ SRM không sử dụng nam châm, giảm nguy cơ hỏng hóc do từ trường yếu tạo ra trong quá trình hoạt động Do đó, chúng có thể đạt tuổi thọ cao hơn so với các động cơ khác

Hiệu suất cao ở tốc độ biến đổi: Động cơ SRM thường hoạt động hiệu quả ở tốc độ cao và có khả năng đáp ứng yêu cầu về mô men xoắn và tốc độ thay đổi một cách đột ngột Khả năng làm việc ở nhiệt độ cao: Do không có nam châm, động cơ SRM có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng yêu cầu nhiệt độ cao như trong môi trường công nghiệp Điều khiển tốc độ tốt: Động cơ SRM có khả năng điều khiển tốc độ tốt và thời gian đáp ứng nhanh, điều này làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi sự kiểm soát chính xác về tốc độ e Nhược điểm

Tần số và tiếng ồn: Động cơ SRM thường hoạt động ở tần số cao, gây ra tiếng ồn và rung lắc trong một số ứng dụng Điều này có thể làm cho chúng không phù hợp trong các ứng dụng đòi hỏi sự yên tĩnh trong vận hành

Hoạt động không hiệu quả ở tốc độ thấp: Động cơ SRM hoạt động không hiệu quả ở tốc độ thấp, do đó cần sự hỗ trợ từ hệ thống tăng tốc hoặc phối hợp để đảm bảo hiệu suất ổn định ở mức tốc độ thấp

Hệ thống điều khiển phức tạp: Để đạt hiệu suất tối ưu từ động cơ SRM, yêu cầu một hệ thống điều khiển phức tạp để điều chỉnh tần số và điện áp đúng cách Điều này có thể đòi hỏi sự chuyên sâu về công nghệ và kiến thức chuyên môn

Các loại pin sử dụng trên xe điện

Pin được chia ra làm hai loại chính là:

- Pin sơ cấp: Loại pin được thiết kế sử dụng một lần rồi bỏ đi và không được sạc lại bằng điện

- Pin thứ cấp (Pin sạc): Loại pin có thể tái sử dụng nhiều lần bằng cách sạc lại (cung cấp lại dung lượng cho pin) Ô tô điện thì được sử dụng loại pin thứ cấp để cung cấp nguồn cho động cơ điện của xe thuần điện (BEV) và xe điện Hybrid (HEV) Trong đó có bốn loại pin được các nhà sản xuất công nhận phù hợp để sử dụng trên ô tô điện:

Pin axit chì, phát minh vào năm 1859, là loại pin lâu đời nhất vẫn được sử dụng cho đến ngày nay Chúng đã được ứng dụng trong mọi loại ô tô, bao gồm cả ô tô điện từ thế kỷ

19 Pin axit chì là loại pin ướt, thường chứa dung dịch axit sulfuric nhẹ trong một hộp chứa Tên gọi này xuất phát từ việc kết hợp giữa điện cực chì và axit để tạo ra điện trong pin Ưu điểm chính của pin axit-chì là chi phí sản xuất thấp Tuy nhiên, chúng tạo ra khí nguy hiểm trong quá trình sử dụng và có nguy cơ nổ nếu bị sạc quá mức Tuổi thọ của pin axit chì cũng không cao chỉ sử dụng được khoảng 3 năm Năng lượng của pin chì axit là

34 Wh/kg và mật độ năng lượng thấp Ngoài ra, thành phần làm pin axit chì là từ chì nên rất nặng chiếm 20 - 25 % khối lượng xe Vì vậy với sự phát triển của công nghệ pin thì loại pin axit - chì ngày nay không còn được sử dụng phổ biến

Hình 2.9 Cấu tạo của pin axit chì

- Cực âm làm bằng chì (ký hiệu Pb)

- Cực dương được phủ bằng chì điôxit (PbO2)

- Chất điện phân bao gồm nước và axit sunfuric (H2SO4)

- Tấm chia cách tế bào (màng ngăn): Mỗi ắc quy đều có số lượng tế bào khác nhau để tạo ra các điện áp khác nhau Với 1 tế bào cho ra khoảng 2V thì ta thường thấy ắc quy 6v có 3 ngăn và ắc quy 12V có 6 ngăn

Kể từ công trình nghiên cứu của Edison vào cuối thế kỷ 19, đã xuất hiện một loạt các loại pin thương mại sử dụng Niken trong điện cực dương Các loại pin này bao gồm pin sắt niken, pin niken kẽm, pin niken cadimi và pin niken hyđrua kim loại (NiMH) Trong số đó, hai loại pin sau đây sẽ được đề cập chi tiết Pin niken hyđrua kim loại (NiMH) được coi là có tiềm năng lớn nhất Pin niken kẽm có hiệu suất hợp lý, tuy nhiên tuổi thọ của nó rất hạn chế, chỉ khoảng 300 chu kỳ sạc và xả sâu, vì vậy pin niken kẽm hiếm khi được sử dụng a Pin Niken Cadimi (NiCad)

Pin niken cadimi được xem là một đối thủ chính cạnh tranh của pin axit chì trong việc sử dụng cho xe điện, với năng lượng riêng gần gấp đôi so với pin axit chì

Pin NiCad sử dụng niken oxyhydroxide làm điện cực dương và cadmium kim loại làm điện cực âm Năng lượng điện được thu được từ phản ứng sau đây:

Cd + NiOOH + H O→Cd OH + Ni OH (2.1)

Các phản ứng xảy ra trên các điện cực được mô tả trong hình dưới đây, giúp làm rõ các electron được tạo ra từ đâu và pin hoạt động như thế nào Có một điều trái ngược giữa pin này và pin chì axit đó là chất điện phân của nó lại đặc lại khi pin xả điện

Hình 2.10 Các phản ứng xảy ra khi pin NiCad phóng điện

Pin NiCad được sử dụng trong nhiều thiết bị, bao gồm cả xe điện Pin NiCad có nhiều ưu điểm như năng lượng riêng cao, tuổi thọ dài (lên tới 2500 chu kỳ), dải nhiệt độ hoạt động từ -40℃ đến +80℃, độ tự xả thấp, khả năng lưu trữ lâu dài Pin NiCad có sức mạnh cơ học và điện năng đáng kể, có thể được sạc lại trong thời gian ngắn, đạt tới 60% dung lượng trong 20 phút Tuy nhiên, mỗi cell của pin NiCad chỉ có điện áp hoạt động khoảng 1,2V, vì vậy cần 10 cell để tạo thành viên pin 12V, so với 6 cell của pin axit chì Đây là lý do tại sao pin NiCad có giá thành cao hơn

Pin NiCad có giá thành gấp khoảng 3 lần pin axit chì, tuy nhiên tuổi thọ lâu hơn Hiệu suất sạc của pin NiCad giảm nhanh khi nhiệt độ vượt quá 35℃, tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến việc sử dụng nó trong xe điện Pin NiCad đã được sử dụng thành công trong các mẫu xe như Peugeot 106, Citroen AX, Renault Clio và Ford Think Cũng như pin chì axit, pin NiCad cần được sạc đúng cách

Ngoài ra, pin có thể được sạc lại ở dòng điện không đổi hoặc thấp hơn, đây là một hệ thống đơn giản hơn nhưng mất nhiều thời gian hơn Một tính năng thông minh của pin NiCad là cách nó đối phó với việc sạc quá mức Cell pin được tạo ra để có lượng dư cadimi hydroxit trong điện cực âm Điều này có nghĩa là điện cực dương sẽ luôn được sạc đầy trước Nếu tiếp tục có dòng điện nạp thì sẽ dẫn đến việc tạo ra oxy ở điện cực dương thông qua phản ứng:

Kết quả là O2 tự do tạo thành khuếch tán đến điện cực âm ở đó nó tác dụng với Cadimi và H2O tạo ra Hyroxit Cadimi theo phản ứng:

Cũng như phản ứng này, phản ứng sạc bình thường sẽ diễn ra ở điện cực này, sử dụng các điện cực được tạo ra bởi phản ứng:

Quan sát 2 phản ứng trên ta thấy tỉ lệ tạo ra Cadium Hydroxit bằng với tỉ lệ nó chuyển hóa thành Cadium Do đó chúng ta có một hệ thống bền vững hoàn hảo, không sử dụng bất kỳ vật liệu nào từ pin Tổng của 3 phản ứng trên là không ảnh hưởng gì đến pin Do đó, tình trạng sạc quá mức này có thể tiếp tục vô thời hạn Đối với hầu hết các loại pin NiCad, kích thước và thiết kế của chúng cho phép điều này tiếp tục mãi mãi ở tốc độ C/10, tức là ở 10A đối với pin 100Ah Tất nhiên việc quá tải dòng điện gây lãng phí năng lượng, nhưng nó không gây hại cho pin, và cần thiết trong một số cell trong khi sạc pin ở giai đoạn cuối để cân bằng tất cả các cell để được sạc đầy Cần lưu ý rằng mặc dù nội trở của pin NiCad là rất thấp, nhưng nó không thấp như đối với pin chì axit Điều này dẫn đến tính kinh tế về công suất riêng của nó thấp hơn Công thức nội trở của pin NiCad là:

+ n: Số cell trong viên pin

+ C3: Dung lượng của pin khi phóng điện trong khoảng 3 giờ b Pin Niken Hydrua kim loại (NiMH)

Pin niken (NiMH) được áp dụng thương mại vào cuối thập kỷ 1980 Chúng có mật độ năng lượng cao, có khả năng tích lũy một lượng lớn năng lượng trong một pin kích thước tương đối nhỏ và không chứa bất kỳ kim loại độc hại nào, điều này giúp cho việc tái chế pin trở nên dễ dàng Pin NiMH được cho là vượt trội vì năng lượng của chúng có thể gấp đôi so với pin axit chì (68 Wh/kg)

Pin NiMH cho phép các phương tiện điện trở nên nhẹ hơn đáng kể, dẫn đến giảm chi phí năng lượng cho việc vận hành xe điện Đồng thời, pin NiMH cũng có mật độ năng lượng cao hơn so với pin axit chì, giúp hệ thống pin có thể được gắn trong không gian nhỏ

23 hơn Pin NiMH có thể sử dụng được hơn 160.000 km và thời lượng sử dụng trung bình từ 5-7 năm

Tuy nhiên, pin NiMH cũng có một số nhược điểm, như hiệu suất sạc thấp hơn so với các loại pin khác Ngoài ra, pin NiMH cũng gặp vấn đề về tự xả nghiêm trọng, với tỷ lệ tự xả lên đến 12,5% mỗi tháng trong điều kiện nhiệt độ phòng Vấn đề này càng trở nên nghiêm trọng hơn khi pin hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao Do đó, điều này khiến pin NiMH không phù hợp trong môi trường có nhiệt độ cao hơn

Hình 2.11 Cấu tạo của pin Niken – Metal Hydride a Cấu tạo

Bản cực dương làm bằng Niken oxyhydroxit

Bản cực âm sử dụng hydro được hấp thụ trong một Hydride kim loại

Tổng quan về sạc trên xe điện

Sạc xe điện là quá trình cung cấp năng lượng từ nguồn điện đến pin xe để làm nó đầy đủ năng lượng để chạy

2.6.1 Phân loại theo tốc độ sạc

Trong xe điện, có một số loại sạc pin được sử dụng để cung cấp năng lượng cho bộ lưu trữ điện Dưới đây là một số loại sạc pin phổ biến trên xe điện:

- Sạc AC truyền thống: Đây là loại sạc phổ biến và tiêu chuẩn cho hầu hết các xe điện Sạc AC truyền thống thường có khả năng sạc từ 3.3 kW đến 22 kW, tùy thuộc vào loại xe và mô hình

- Sạc AC nhanh (AC Fast Charging): Sạc AC nhanh có công suất cao hơn so với sạc

AC truyền thống, thường có khả năng sạc từ 22 kW trở lên Giúp giảm thời gian sạc so với các loại sạc AC truyền thống

- Sạc DC nhanh (DC Fast Charging): DC nhanh là một loại sạc có công suất lớn và cho phép sạc nhanh hơn so với sạc AC Các trạm sạc DC fast charging thường có thể cung cấp công suất lên đến vài trăm kW, giúp xe điện có thể sạc từ 0% đến 80% năng lượng trong khoảng thời gian ngắn

- Sạc siêu nhanh (Ultra Fast Charging hoặc High Power Charging): Đây là dạng sạc với công suất cực kỳ cao, thường lớn hơn 350 kW Sạc siêu nhanh được phát triển để giảm thời gian sạc và tăng khả năng sử dụng xe điện

- Sạc không dây (Wireless Charging): Các công nghệ sạc không dây cũng đang được phát triển cho xe điện Người sử dụng có thể đơn giản đỗ xe lên trên một bảng sạc không dây để bắt đầu quá trình sạc mà không cần cắm dây

Dù là AC hay DC, chỉ có thể thực sự sạc pin bằng dòng điện một chiều Điểm khác biệt nằm ở sự chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều (AC) sang một chiều (DC) ở trạm sạc trước khi dòng điện truyền vào xe, hoặc ở hệ thống sạc của xe khi điện đã vào

Dòng điện xoay chiều chủ yếu được sử dụng tại các hộ gia đình, do tính hiệu quả và khả năng dễ dàng chuyển đổi thành các mức điện áp khác nhau, có thể truyền tải ở khoảng cách xa mà ít hao hụt Do khoảng cách từ các trạm điện tới hộ gia đình rất xa, nên việc lựa chọn dòng điện xoay chiều là hợp lý

2.6.2 Phân loại theo loại phích cắm sạc

Hình 2.20 Phân loại theo loại phích cắm sạc

Phích cắm sạc AC phổ biến nhất là Loại 1 phổ biến ở Mỹ hoặc Loại 2 phổ biến ở Châu Âu Phiên bản phích cắm AC của Trung Quốc tương tự như loại 2 Phích cắm loại

1 của Châu Âu cung cấp cho sạc AC một pha, trong đó loại 2 có thể được sử dụng cho cả sạc một pha và ba pha Ở Ấn Độ, tiêu chuẩn Bharat AC 001 quy định việc sử dụng phích cắm công nghiệp một pha như thể hiện trong hình bên dưới để sạc EV

Phích cắm bộ sạc DC có nhiều loại tối đa trong số các phích cắm, vì nó có thể là CCS

1, CCS 2, CHAdeMO, GB/T hoặc Tesla Phích cắm CCS, như biệt danh biểu thị là sự kết hợp giữa phích cắm sạc AC trong khu vực đó với hai chân sạc DC Mặt khác, GB/T và CHAdeMO của Trung Quốc có thiết kế rất khác biệt GB/T là phích cắm được chỉ định trong tiêu chuẩn Bharat DC 001 do Ấn Độ phát triển Một đặc điểm khác biệt về phích cắm Tesla là người ta có thể sử dụng cùng một phích cắm để sạc AC và DC Tuy nhiên, những chiếc xe Tesla ở châu Âu sử dụng CCS 2 để sạc

2.6.3 Phân loại theo kiểu sạc a Sạc Onboard

Trong trường hợp này, hệ thống sạc pin được tích hợp và gắn trực tiếp trên xe điện Điều này có nghĩa là xe điện có khả năng tự sạc pin bằng cách kết nối trực tiếp với nguồn điện thông qua một cổng sạc trên xe Khi cần sạc, người dùng chỉ cần kết nối cáp sạc với xe và nguồn điện tương ứng b Sạc Offboard

Trong trường hợp này, hệ thống sạc pin không được tích hợp trên xe điện Thay vào đó, xe được sạc bằng cách kết nối với một hệ thống sạc bên ngoài, thông qua một trạm sạc hoặc cơ sở sạc điện Điều này có nghĩa là người dùng phải đưa xe đến trạm sạc hoặc cơ sở sạc điện để sạc pin c So sánh ưu nhược điểm

Cả hai phương pháp quản lý sạc này có ưu điểm và nhược điểm riêng Quản lý sạc onboard mang lại sự tiện lợi và linh hoạt cho người dùng, vì họ có thể sạc pin ở bất kỳ địa điểm nào có nguồn điện Tuy nhiên, nó có thể yêu cầu cài đặt hệ thống sạc trên xe và giới hạn dung lượng pin tương ứng Trong khi đó, quản lý sạc offboard cho phép sạc nhanh hơn và có thể cung cấp công suất lớn hơn, nhưng người dùng phải tìm đến trạm sạc hoặc cơ sở sạc điện, và quá trình sạc có thể gây bất tiện trong một số trường hợp

2.6.4 Trạm sạc ô tô điện tại Việt Nam a Phân bố

Nhằm khuyến khích người dân sử dụng xe điện, dần thay thế phương tiện sử dụng xăng dầu giúp giảm lượng khí thải phát ra môi trường, Vinfast phát triển hệ thống trạm sạc với hơn 150.000 cổng sạc cho xe máy điện và ô tô điện, trải dài rộng khắp 63 tỉnh thành tại Việt Nam b Chi phí sạc tại trụ

Vinfast cung cấp đơn giá sạc ô tô điện, xe máy điện và hình thức thanh toán áp dụng tại các trạm sạc công cộng Đơn giá sạc: 3.117,4 VNĐ/kWh (Tương đương Đơn giá điện bậc 5 giá do Bộ Công Thương công bố ngày 20/03/2019 - Số 648/QĐ-BCT) Đơn giá sạc quá giờ: 1.000 VNĐ/phút kể từ phút thứ 31 sau khi pin đầy (chỉ áp dụng với ô tô)

Hình 2.21 Trạm sạc tại Việt Nam

Tiêu chuẩn an toàn trên xe điện

2.7.1 Các tiêu chuẩn an toàn trên xe điện a Tiêu chuẩn an toàn trên NCAP

ASEAN NCAP (Asean New Car Assessment Program) là một chương trình đánh giá các tính năng an toàn xe của Đông Nam Á, được thành lập bởi Viện Nghiên cứu An toàn Đường bộ và Chương trình đánh giá xe mới toàn cầu (Global NCAP)

Hai tổ chức này đã ký kết để hình thành nên nội dung của tiêu chuẩn an toàn ASEAN NCAP trong Đại hội đồng thường niên của Quỹ FIA (Fédération Internationale de l'Automobile) tại New Delhi, Ấn Độ vào ngày 7/12/2011 Việc thành lập ASEAN NCAP vào năm 2011 đã đánh dấu một cột mốc mới về an toàn phương tiện trong khu vực, nhằm hưởng ứng Thập kỷ hành động vì an toàn đường bộ 2011-2020 của Liên hợp quốc b Các tiêu chuẩn của Asean Ncap

Các tính năng an toàn trên ô tô cơ bản nhất được quy định trong tiêu chuẩn của ASEAN NCAP bao gồm: AOP và COP Những yếu tố này sẽ được thử nghiệm và chấm điểm, từ đó quy đổi sang xếp hạng sao

* Bảo Vệ An Toàn Cho Người Lớn (AOP - Adult Occuppant Protection)

Tiêu chuẩn này được đánh giá thông qua thử nghiệm biến dạng thân xe và 2 lần thử nghiệm va chạm điểm Đây là bài kiểm tra về tác động trực diện và phía bên cạnh của ô tô Kết quả thu được sẽ được dựa trên độ biến dạng của hình nhân, xác định mức độ thương vong trong trường hợp xảy ra va chạm theo từng vùng trên cơ thể Mới đây, ASEAN NCAP đã sửa đổi mức điểm đối với tác động phụ, mức điểm này sẽ giảm đi 50% và bổ sung thêm điểm vào cho yếu tố HPT (Head Protection Technology - Công nghệ bảo vệ đầu) Sự thay đổi này đồng nghĩa với việc khuyến khích các hãng xe tại Đông Nam Á nên trang bị thêm nhiều túi khí rèm Mặt khác, một dòng xe chỉ đạt được 5 sao khi được trang bị những hệ thống sau đây:

- Ổn định thân xe điện tử ESC (Electronic Stability Control)

- Nhắc nhở thắt đai an toàn (SBR - Seatbelt Re-minder)

Bên cạnh đó, vào năm 2023, ASEAN NCAP sẽ sử dụng UN R135 làm điều kiện tiên quyết đối với HPT

Hình 2.22 Cách tính xếp hạng 5 sao AOP

* Bảo Vệ An Toàn Cho Trẻ Em (COP - Child Occupant Protection)

Kết quả đánh giá mức độ an toàn cho trẻ em được dựa trên sự đánh giá của Hệ thống khóa Trẻ em (CRS - Child Restraint System), mức độ tương thích của các xe thử nghiệm với CRS (Đánh giá dựa trên xe) và mức độ chấn thương ghi nhận từ thử nghiệm va chạm trực diện lệch bên phía trước (Thử nghiệm động lực học)

Hình 2.23 Các xác định điểm và số sao COP c Tiêu chuẩn an toàn đối với Vinfast VF e34

Chương trình thử nghiệm an toàn đối với ô tô điện Vinfast VF e34 thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu và Công nghệ ô tô Trung Quốc Đây là ô tô điện đầu tiên của hãng xe Việt Nam và cũng là mẫu xe đầu tiên của Vinfast áp dụng phương pháp thử nghiệm mới 2021

Với số điểm tích lũy 78,99 điểm, Vinfast VF e34 không đạt xếp hạng 5 sao đầy đủ, nguyên nhân xe không đạt điểm an toàn tối đa do không trang bị bộ phanh khẩn cấp tự động và hỗ trợ giữ làn đường

Hình 2.24 Đánh giá an toàn của Vinfast VF e34

ASEAN NCAP cho biết, chiếc Crossover điện đến từ Việt Nam đã hoạt động tốt trong việc bảo vệ người lớn (35,92 điểm trên 40 điểm), bảo vệ trẻ em (17,71 điểm trên 20 điểm) và giữ an toàn cho người lái xe mô tô đi bên cạnh (12,50 điểm trên 20 điểm)

Vinfast VF e34 cũng đạt 12,86 trên 20 điểm trong hạng mục hỗ trợ an toàn, với các hệ thống tiêu chuẩn được trang bị có cảnh báo chệch làn đường, cảnh báo giao thông cắt ngang phía sau và đèn chiếu sáng tự động

2.7.2 Phòng chống cháy nổ trên ô tô điện a Cháy nổ trên ô tô điện

Xe ô tô điện cơ bản có độ an toàn cao và chỉ có nguy cơ cháy nổ khi pin Lithium-ion gặp sự cố hoặc va chạm nghiêm trọng Người lái cần hiểu rõ nguyên nhân gây cháy nổ và áp dụng các biện pháp phòng ngừa cháy nổ hiệu quả nhất trong quá trình sử dụng b Nguyên nhân cháy nổ trên ô tô điện

Có hai nguyên nhân chính dẫn đến cháy nổ trong xe ô tô điện:

- Vấn đề liên quan đến ngoại cảnh như thời tiết xấu và va chạm giao thông: Pin Lithium-ion có khả năng lưu trữ lượng năng lượng lớn trong một không gian nhỏ Nếu pin tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc xe bị va chạm, có thể xảy ra tình trạng đoản mạch Sự cản trở trong việc thoát nhiệt khi dòng điện chảy qua pin dẫn đến tăng nhiệt, làm pin bắt lửa và gây cháy nổ Hoặc trong trường hợp va chạm giao thông, pin Lithium-ion có thể bị vỡ và thoát nhiệt, gây cháy nổ

- Rủi ro liên quan đến chất lượng pin và hệ thống điện của xe: Nếu pin bị hỏng, pin kém chất lượng hoặc các thành phần bị mài mòn và lỗi nhưng vẫn được sử dụng, có thể

45 dẫn đến cháy nổ sau này (kể cả khi xe không hoạt động) Hơn nữa, hệ thống điện trên xe ô tô hoạt động ở điện áp cao, có nguy cơ bắt lửa mặc dù xe đã tắt và được cách ly điện Để đảm bảo an toàn, cần thiết phải thực hiện kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ của pin và hệ thống điện trên xe ô tô điện Ngoài ra, người điều khiển cần tuân thủ các quy định an toàn, như không để xe bị tiếp xúc với nhiệt độ cao, tránh va chạm nghiêm trọng và thực hiện các biện pháp phòng ngừa cháy nổ khi sử dụng xe c Các biện pháp phòng chống cháy nổ ô tô điện

Một số giải pháp chống cháy nổ ô tô điện được đề xuất bởi các nhà sản xuất, chuyên gia và NHTSA như sau:

- Người lái xe nên tắt hệ thống điện áp cao bằng cách thủ công thay vì chờ đợi hệ thống tự động tắt Đây là việc làm cần thiết phải thực hiện nhằm phòng ngừa phát sinh cháy nổ khi xe gặp sự cố Để đảm bảo an toàn khi sử dụng ô tô điện, tốt hơn hết người điều khiển nên đọc kỹ hướng dẫn từ nhà sản xuất để nắm rõ cách xử lý khi xe bị hư hỏng hoặc gặp tai nạn

- Trên xe nên được tích hợp sẵn hệ thống chăn chữa cháy nhằm kiểm soát sự lây lan của ngọn lửa hiệu quả hơn Ngoài ra, các vật liệu được dùng trong chăn chữa cháy có thể chủ động tích hợp vào hệ thống đẩy pin để ngăn chặn sự lan truyền nếu pin bị hỏng Người điều khiển cũng nên rò điện ô tô thường xuyên nhằm hạn chế tình trạng chập điện gây cháy nổ khi xe đang vận hành Ngoài ra, nên lắp đặt hệ thống phun sương nước áp suất cao để dễ di chuyển môi trường oxy, giảm nguy cơ đám cháy lan rộng và bùng phát trở lại Riêng trên xe ô tô điện Vinfast VF e34 được trang bị hệ thống chống cháy nổ ô tô điện mang lại hiệu quả an toàn tối đa cho người sử dụng Vinfast VF e34 hoạt động bằng pin Lithium-ion chuẩn IP67 Đây là một trong những loại pin tiêu chuẩn tốt nhất dùng cho ô tô điện Hơn nữa, mẫu xe này được trang bị hệ thống pin đạt tiêu chuẩn chống nước IP67, nên có thể ngâm nước trong 30 phút với mực nước sâu 1m giúp hạn chế rủi ro chập điện gây cháy nổ

Các chu trình thử nghiệm xe điện

2.8.1 Chu trình lái xe châu Âu NEDC

Chu trình lái xe NEDC được thiết kế để đánh giá mức tiết kiệm nhiên liệu của xe điện Tiêu chuẩn này được dùng để thử nghiệm nhu cầu di chuyển chủ yếu ở ngoại ô và đô thị của người dùng ô tô tại châu Âu Bên cạnh đó, NEDC còn phê duyệt mức tiêu thụ năng lượng và đo phạm vi của xe điện loại N1 (xe dùng để chở hàng, có khối lượng tối đa là 3500kg) và M1 (xe dưới 9 chỗ ngồi, kể cả lái xe) Tiêu chuẩn NEDC giúp đánh giá khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe

2.8.2 WLTP - Quy trình kiểm tra xe hạng nhẹ toàn cầu

Tương tự chu trình NEDC, tiêu chuẩn WLTP được áp dụng để thử nghiệm phạm vi hoạt động của xe điện tại châu Âu WLTP là một hệ thống các chu trình lái xe được sử dụng để đo mức tiêu hao năng lượng của xe điện

Hiện nay, quy trình này được các nhà sản xuất trên toàn cầu áp dụng nhằm xác định: Phạm vi hoạt động ô tô điện chạy bằng pin thông qua việc đo mức tiêu thụ năng lượng của xe

Phương thức thử nghiệm của WLTP bao gồm cả chu trình thử xe trong điều kiện phòng thí nghiệm (WLTC) và chu trình lái thử xe trong điều kiện vận hành thực tế (RDE)

Do sử dụng các dữ liệu thực, được thu thập ở nhiều quốc gia nên kết quả từ quy trình thử nghiệm WLTP thường chênh lệch 10% so với phạm vi hoạt động thực tế của xe điện Đó là lý do vì sao WLTP được các hãng xe ưu ái hơn

Chu kỳ Tốc độ tối đa Thời gian Quãng đường

Chu kỳ 1 - Tốc độ thấp 56,5km/h 589 giây 3.095m

Chu kỳ 2 - Tốc độ trung bình 76,6km/h 433 giây 4.756m

Chu kỳ 3 - Tốc độ cao 97,4km/h 455 giây 7.162m

Chu kỳ 4 - Tốc độ rất cao 131,3km/h 323 giây 8.254m

Hình 2.26 Sự khác nhau giữa chu trình NEDC và chu trình WLTP

2.8.3 EPA - Các bài kiểm tra của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ

Khác với NEDC và WLTP, các bài kiểm tra của EPA thường tập trung vào thói quen lái xe trên cao tốc của người Mỹ Đối với ô tô điện, phương thức thử nghiệm của EPA là các chu kỳ sử dụng thực tế Các chu trình này được tính từ lúc xe được sạc đầy 100% pin cho đến khi tiêu thụ hết năng lượng Ngoài ra, để đánh giá chính xác nhất phạm vi hoạt động ô tô điện, EPA đã thực hiện các thử nghiệm này ở nhiều loại địa hình khác nhau bao gồm: Đô thị, cao tốc (chiếm đa số) Các bài kiểm tra của EPA đánh giá quãng đường di chuyển của phương tiện theo thói quen lái xe trên cao tốc của người Mỹ Đặc biệt, EPA còn đưa ra một thông số đánh giá hiệu suất sử dụng năng lượng của ôtô điện với tên gọi MPGe Thông số này được mô phỏng từ đơn vị tính quãng đường di chuyển trên mỗi gallon nhiên liệu (Đơn vị: dặm/gallon - MPG)

2.8.4 Vinfast áp dụng các tiêu chuẩn cải thiện phạm vi hoạt động ô tô điện

Với mục tiêu đưa xe điện vươn tầm thế giới, Vinfast đã sản xuất và thiết kế những mẫu ô tô đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn quốc tế Cụ thể, phạm vi hoạt động ô tô điện Vinfast được đánh giá qua các thử nghiệm của NEDC hoặc WLTP Các mẫu xe này đều đáp ứng nhu cầu của người dùng bởi quãng đường di chuyển sau mỗi lần sạc ấn tượng Khách hàng có thể tham khảo bảng phạm vi hoạt động ô tô điện Vinfast dưới đây:

Bảng 2.3 Phạm vi hoạt động của ô tô điện Vinfast

Mẫu xe/ Phiên bản xe Tiêu chuẩn áp dụng

Quãng đường di chuyển trong một lần sạc đầy

VF 5 Plus NEDC Hơn 300 km

VF 8 Eco WLTP 420 km (Mục tiêu dự kiến)

VF 8 Plus WLTP 400 km (Mục tiêu dự kiến)

VF 9 Eco WLTP 438 km (Mục tiêu dự kiến)

VF 9 Plus WLTP 423 km (Mục tiêu dự kiến)

Quy trình bảo dưỡng xe điện

2.9.1 Lịch bảo dưỡng ô tô điện Để đảm bảo khả năng vận hành của ổn định và an toàn, các hạng mục sau đây cần được kiểm tra hoặc thay mới dựa theo lịch bảo dưỡng cụ thể như sau:

Bảng 2.4 Lịch bảo dưỡng ô tô điện

Kilomet hoặc thời gian theo tháng, tùy điều kiện nào đến trước x 1.000 km 12 24 36 204

HẠNG MỤC BẢO DƯỠNG Lọc gió điều hòa Thay mới

Dầu phanh Kiểm tra, thay mới xen kẽ

Hệ thống điều hòa Thay mới ở tháng thứ 60, 120 và 180 hoặc km thứ

60.000, 12.000 và 180.000 Pin chìa khóa điều khiển Cứ 24 tháng hoặc sau 24.000km thay mới một lần

Pin bộ T-box Thay mới ở tháng thứ 72 và 144 hoặc km thứ 72.000 hoặc 144.000 Nước làm mát pin/động cơ điện

Thay mới ở tháng thứ 120 hoặc sau 12.000km Thời gian còn lại kiểm tra thường xuyên

HẠNG MỤC BẢO DƯỠNG CHUNG Lốp (áp suất, độ mòn, đảo

Kiểm tra định kỳ hàng tháng hoặc sau 12.000km

Má phanh và đĩa phanh Đường ống, đầu nối hệ thống phanh

Bộ dẫn động (động cơ điện và hộp số)

Thước lái và khớp nối cầu Đường ống làm mát

Dây cáp của hệ thống điện áp cao Cổng sạc Ắc quy 12V

Gạt nước rửa kính/ Nước rửa kính

So với xe chạy bằng động cơ đốt trong, lịch bảo dưỡng ô tô điện có phần đơn giản và tiết kiệm hơn Đa số các bộ phận cần kiểm tra sau khoảng 12.000km hoặc 12 tháng kể từ lần bảo dưỡng gần nhất Các hạng mục dầu phanh, hệ thống điều hoà, pin chìa khoá điều khiển, pin bộ T-box, nước làm mát pin/động cơ điện cần thay mới sau một khoảng thời gian sử dụng nhất định

2.9.2 Một số hạng mục cần bảo dưỡng

Sau một thời gian sử dụng nhất định, khách hàng nên lưu ý thay dầu mỡ và một số phụ tùng để đảm bảo khả năng vận hành trơn tru của xe theo quy trình bảo dưỡng, cụ thể: a Lọc gió điều hòa Đây là bộ phận có vai trò ngăn bụi, phấn hoa hoặc các chất ô nhiễm khác xâm nhập Trong trường hợp di chuyển thường xuyên trong môi trường ô nhiễm hoặc nhiều bụi bẩn, người dùng nên kiểm tra và thay bộ lọc sớm hơn b Nước làm mát

Nước làm mát được khuyến nghị nên được kiểm tra hàng tuần Để thực hiện cách kiểm tra nước làm mát, xe cần được đỗ ở bề mặt phẳng và đảm bảo hệ thống làm mát phải ở trạng thái nguội Kiểm tra các ống nằm bên trong để chắc chắn chúng không bị hư hỏng hoặc giảm chất lượng Khi chất lỏng làm mát ở dưới vạch “Tối thiểu”, người dùng cần mở nắp của bình chứa và thêm chất làm mát c Nước rửa kính

Khi mực nước rửa kính thấp, trên cụm màn hình táp lô sẽ xuất hiện cảnh báo cho người lái Để bổ sung nước rửa kính, người thực hiện cần tuân theo quy trình sau:

- Bước 2: Đổ nước rửa kính vào cho đến khi đạt đến vạch quy định

- Bước 3: Đóng chặt nắp d Dầu phanh

Dầu phanh cần được tiến hành kiểm tra thường xuyên Khi thực hiện kiểm tra và thay mới dầu phanh, lái xe chọn nơi có mặt bằng phẳng để đỗ xe và hệ thống phải ở trạng thái nguội Mức dầu phải nằm giữa các vạch chỉ báo “Tối đa” và “Tối thiểu” như được hiển thị ở bên cạnh bình chứa Dầu phanh không được trộn lẫn nhiều loại với nhau để gây ảnh hưởng xấu đến hệ thống phanh và các chi tiết khác Nếu mức dầu xuống thấp, đèn chỉ báo sẽ sáng lên trên màn hình táp lô

Trong bình chứa dầu phanh, không được trộn lẫn nhiều loại dầu khác nhau gây ảnh hưởng đến hệ thống phanh

51 e Điều hoà không khí Để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và hiệu quả, người lái cần khởi động điều hòa không khí thường xuyên trong vài phút mỗi tháng f Cầu chì

Cầu chì ngăn chặn quá tải điện trong mạch giúp bảo vệ thiết bị điện Thiết bị này bị cháy báo hiệu mạch đang bảo vệ đã bị lỗi hoặc ngừng hoạt động Nếu cảm thấy nghi ngờ, lái xe cần lấy ra khỏi hộp cầu chì và kiểm tra xem có bị cháy hay không.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH

Thông số kỹ thuật

a Kích thước và cân nặng

Chiều dài cơ sở: 2610,8 (mm)

Khoảng sáng gầm xe không tải/đầy tải: 180/140 (mm)

Khối lượng không tải: 1490 (kg)

Khối lượng đầy tải: 1815 (kg) b Thông số động lực học

Hệ số cản khí động học: 0,33

Diện tích cản không khí phía trước: 2,37 (m 2 )

Hệ số cản lăn trên đường nhựa: 0,02

Tốc độ tối đa: 137 (km/h)

Hiệu suất hệ thống truyền lực: 0,9 c Động cơ điện Động cơ điện: VFAAGB PMSM, Động cơ đồng bộ 3 pha nam châm vĩnh cửu Công suất tối đa: 110 (KW)

Mô men xoắn cực đại: 242 (Nm) tại 4500 (vòng/phút) d Các thông số khác Ắc quy: Chì-axit 12V-45Ah

Phanh: Đẫn động thủy lực trợ lực chân không, phanh đĩa

Dầu máy nén điều hòa: FVC56EA

Dầu hộp số: CASTROL BOT352_B1 E-Car Axle Fluid

Nước làm mát pin và động cơ điện: Anti-Freeze Pre-Mixed Coolant AF2100 (ASTM D3306) 50% glycol & 50% Water Mixture

Tổng quan về Vinfast VF e34

3.2.1 Động cơ trên xe Vinfast VF e34

Xe ô tô điện Vinfast VF e34 được trang bị khối động cơ điện PMSM Động cơ điện nam châm vĩnh cửu có công suất tối đa 110 kW, mô men xoắn cực đại 242 Nm đi kèm hệ thống treo trước MacPherson, hệ thống treo sau dạng thanh xoắn, giúp khả năng vận hành của xe mạnh mẽ, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trường Động cơ xe ô tô điện Vinfast VF e34 được đặt ở phía trước nên dẫn động cầu trước

Hình 3.1 Khoang động cơ của xe điện Vinfast VF e34 a Cấu tạo Động cơ PMSM gồm 2 bộ phận chính:

- Stator: Bao gồm khung kim loại hình trụ, thường có 3 cuộn dây được đặt quanh các lõi cực từ, kết nối theo kiểu hình sao hoặc tam giác nằm trong các khe giữa các rãnh để tạo ra lực từ thông khi có nguồn điện AC cung cấp vào chúng

- Rotor: Làm bằng nam châm được gắn ở bề mặt hoặc bên trong để tạo ra lực từ, các nam châm này thường được làm bằng nam châm vĩnh cửu: neodymium-boron-sắt, mamarium-coban hoặc ferrite, chúng thường được gắn bằng chất kết dính trên bề mặt lõi rotor sao cho từ trường được hướng xuyên qua khe hở không khí hoặc được thiết kế sao cho chúng chèn vào bề mặt lõi rotor hay quay các khe ngay bên dưới bề mặt, một kiểu khác là nam châm định hướng theo chu vi được đặt trong các khe xuyên tâm cung cấp từ thông cho các cột sắt từ đó thiết lập một từ trường xuyên tâm trong khe hở không khí, chúng được gắn với trục của động cơ để truyền mô men xoắn cho các thiết bị bên ngoài b Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của động cơ PMSM có thể được hiểu bằng cách xem xét các cuộn dây stator được kết nối với nguồn cấp là dòng điện xoay chiều ba pha Dưới tác dụng của dòng điện, trong stator hình thành một từ trường xoay có tốc độ 120f/p mỗi phút (f là tần số dòng điện, p là số cặp cực) Khi từ trường có sẵn do nam châm vĩnh cửu tạo ra trong rotor có tốc độ quay bằng tốc độ quay từ trường tạo ra trong stator và không có mô men tải, hai từ trường này có xu hướng thẳng hàng với nhau

Khi kéo tải, rotor trượt một vài độ so với tốc độ quay của từ trường stator, mô men xoắn được hình thành và tiếp xúc bị kéo bởi từ trường này Góc lệnh từ trường tăng khi mô men tải tăng, và đạt cực đại khi từ trường rotor tụt lại so với từ trường stator một góc 90 o

Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ PMSM

Các tín hiệu từ cần số, bàn đạp chân ga, bàn đạp phanh sẽ được gửi tới bộ biến tần Căn cứ vào các tín hiệu đó, biến tần sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều cấp vào động cơ để đảm bảo tạo ra tốc độ, mô men và chiều quay phù hợp giúp xe chuyển động theo ý người điều khiển Bộ biến tần là một hệ thống hai chiều Nó biến đổi dòng điện của pin thành dòng điện cung cấp cho động cơ điện theo hai chiều và tạo ra mô men quay theo 2 chiều tương ứng

3.2.3 Cơ cấu truyền động xe Vinfast VF e34

Vinfast VF e34 là xe điện dẫn động cầu trước (FWD) Hệ thống khung gầm của xe điện Vinfast VF e34 được thiết kế chắc chắn với hệ thống treo trước đa điểm kiểu MacPherson, kết hợp với hệ thống treo sau giằng xoắn Trong khi đó, hệ thống lái cung cấp khả năng xử lý mượt mà, ấn tượng

Hình 3.4 Hệ thống khung gầm xe điện Vinfast VF e34 a Hệ thống dẫn động cầu trước FWD

FWD (Front-Wheel Drive) là loại hệ thống dẫn động cầu trước, được sử dụng phổ biến trên các mẫu xe ô tô phổ thông hiện nay Khi ô tô được trang bị FWD, 2 bánh trước sẽ là bộ phận trực tiếp nhận được lực truyền từ động cơ để tạo ra chuyển động quay, sau đó kéo 2 bánh sau lăn theo

Lý do dẫn động cầu trước được nhiều nhà sản xuất ưa chuộng là bởi hệ thống này có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn nên sẽ giúp tối ưu chi phí sản xuất, giảm trọng lượng xe từ đó tiết kiệm nhiên liệu vận hành

Bên cạnh đó, với thiết kế tối giản chỉ gồm dẫn động cầu trước, không sử dụng trục truyền động và cầu trục sau nên cơ cấu truyền động và hệ thống vi sai của ô tô được bố trí gọn gàng, đơn giản, thuận tiện cho việc sửa chữa Đồng thời, thiết kế này của dẫn động cầu trước còn giúp mở rộng không gian nội thất ô tô để có thể tăng số lượng ghế hoặc thiết kế thêm những tiện ích khác cho xe Đặc biệt, do được lắp đặt ngay dưới động cơ nên toàn bộ trọng lượng của hệ thống máy sẽ được truyền thẳng xuống bánh Nhờ đó, phần đầu ô tô sẽ đầm hơn, tăng khả năng bám đường cho bánh, giúp phương tiện hoạt động tốt ở mặt đường trơn trượt, hạn chế xảy ra tình trạng văng hoặc xoay ngang thân xe

Tuy nhiên, việc lắp đặt dẫn động cầu trước ngay tại phần đầu sẽ tạo ra sự chênh lệch khối lượng với đuôi xe Vì trọng lượng dồn về phía trước nhiều sẽ dễ xảy ra hiện tượng mất lái khi thực hiện vào cua, đồng thời xe khó có thể tăng tốc nhanh Ngoài ra, do phải chịu lượng tải trọng lớn và thực hiện nhiệm vụ định hướng, phanh, tăng tốc, nên phần lốp của 2 bánh trước nhanh bị hao mòn, làm giảm hiệu suất hoạt động và tính an toàn khi sử dụng xe b Hộp số Đa số các loại xe điện sẽ sử dụng hộp số một cấp thay cho các hộp số đa cấp Hộp số xe điện một cấp số (Single speed transmission) là hộp số chỉ có một cặp bánh răng, có khả năng tối ưu lực kéo để xe đạt tốc độ vận hành tối đa

Xe điện có đặc tính khác với các dòng xe xăng (dầu diesel): Ở các dòng xe dùng động cơ đốt trong, dải vòng tua động cơ hạn chế ở mức khoảng 4000-6000 vòng/phút Vì vậy để đồng bộ giữa lực kéo và tốc độ, xe dùng động cơ đốt trong cần tới hộp số để thay đổi các tỉ số truyền Còn với xe dùng động cơ điện, motor có thể đạt đến tốc độ quay 20.000 vòng/phút

Ngoài ra, motor điện còn có thể sinh ra mô men xoắn tối đa ngay khi người lái vừa nhấp bàn đạp ga từ trạng thái đứng yên Vì vậy, xe điện chỉ cần cơ cấu các bánh răng với một tỷ số truyền duy nhất (1 cấp) để đảm bảo truyền động đúng ý người điều khiển Và

57 hộp số xe điện một cấp số là hộp số chỉ có một cặp bánh răng nhằm đảm bảo duy trì tỷ số truyền này mà vẫn giúp xe hoạt động tốt

Khi động cơ điện sinh công suất và mô men xoắn mở một mức nhất quán, với bất kỳ dải vòng tua nào, người điều khiển xe điện cũng có thể tăng hoặc giảm tốc dễ dàng mà không cần phụ thuộc đến hộp số hay tỷ số truyền động Vì vậy, động cơ điện chỉ cần hộp số xe điện một cấp, với cơ chế hoạt động tương tự hộp số tự động ở các dòng xe dùng động cơ đốt trong hiện nay

* Ưu - nhược điểm của hộp số xe điện một cấp

Thiết kế mô hình

3.3.1 Tính toán các lực cơ bản

Chúng ta xét chuyển động của ô tô ở dạng tổng quát, tức là khi ô tô chuyển động trên đường dốc không ổn định (có gia tốc), không có lực cản ở móc kéo

Hình 3.6 Sơ đồ phân tích lực

Trên hình 3.6 trình bày sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ô tô đang chuyển động tăng tốc ở trên dốc Ý nghĩa các kí hiệu ở hình vẽ như sau:

+ G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô

+ F k : Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động

+ F f1 : Lực cản lăn ở các bánh xe bị động

+ F f2 : Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động

+ F j : Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định

+ Z 1 , Z2: Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước, cầu sau

+ M f1 : Mô men cản lăn ở bánh xe bị động

+ M f1 : Mô men cản lăn ở bánh xe chủ động

+ : Góc dốc mặt đường Điều kiện để xe chuyển động là lực kéo phải lớn hơn bằng tổng lực cản

→ Phương trình động lực học phương dọc: k c j w f i

Lực kéo là lực được chuyển hóa từ năng lượng điện năng sang cơ năng thông qua động cơ và bánh xe Các bánh xe chuyển đổi mô men xoắn do động cơ tạo ra thành lực tịnh tiến nhờ ma sát tạo ra bởi bánh xe với mặt đường Lực này có thể được biểu thị bằng công thức:

+ M: Mô men xoắn cung cấp bởi động cơ

+ 𝑟 𝑏 : Bán kính bánh xe (tìm trên thông số xe)

Khi ô tô chuyển động, lực cản của không khí sẽ xuất hiện bởi các lực khí động học Lực cản do hình dạng của xe chiếm phần lớn (Khoảng 80 ÷ 90% ), tiếp theo là thành phần gây ra do ảnh hưởng của xoáy lốc (10 ÷ 15%), thành phần tạo ra ma sát giữa bề mặt xe và không khí là thành phần cuối cùng chiếm khoảng (4÷10%)

Lực cản không khí có công thức:

+ ρ: Khối lượng riêng của không khí (kg/𝑚 3 ) Ở 25℃ và áp suất 0,013 Mpa thì ρ = 1,225 kg/m 3

+ Diện tích phía trước của xe: S = 2,37 m 2

+ Hệ số cản khí động học: C d = 0,33

Dấu (+) ứng với vận tốc của xe và gió ngược chiều nhau

Dấu (-) ứng với vận tốc của xe và gió cùng chiều nhau

Thay các giá trị của xe vào công thức (3.4) ta tìm được lực cản không khí 𝐹𝑤 của xe:

Là lực mà khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược với chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường Lực cản lăn phát sinh là do có sự biến dạng của lốp với đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp với đường Để đơn giản người ta coi lực cản lăn là ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi nó chuyển động và được xác định theo công thức:

+ f: Hệ số cản lăn ta xét lốp xe khô và đường là đường nhựa có f = 0,02

→ = = = (3.7) d Lực cản quán tính của ô tô

Khi xe chuyển động không ổn định, lực cản quán tính của các khối lượng chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến xuất hiện Lúc này nó sẽ trở thành lực cản khi xe chuyển động nhanh dần và trở thành lực đẩy khi xe chuyển động chậm dần Lực quán tính có điểm đặt tại trọng tâm của xe Lực quán tính ký hiệu là 𝐹j, gồm hai thành phần là lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến và lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của ô tô ký hiệu lần lượt là 𝐹′ 𝑗 và 𝐹′′ 𝑗

Do đó, 𝐹 𝑗 được tính như sau:

Với dv j= dt là gia tốc tịnh tiến của ô tô

+ J n : Mômen quán tính của các chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực đối với trục quay của chính nó

+ J b : Mômen quán tính của một bánh xe chủ động đối với trục quay của chính nó + i n : Tỷ số truyền tính từ chi tiết thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động

+  n : Hiệu suất tính từ chi tiết quay thứ n nào đó của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động

+ J e : Mô men quán tính của khối lượng chuyển động quay của động cơ quy dẫn về trục khuỷu, có kể đến khối lượng chuyển động quay của phần chủ động ly hợp

+ 𝜀 𝑒 : Gia tốc góc của khối lượng chuyển động quay của động cơ

+ i t : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

+ : Hiệu suất của hệ thống truyền lực e b t e t b dw dw i dv dt i dt r dt

Thay (3.9) và (3.13) vào (3.8) ta có:

 (3.14) Ở đây bỏ qua đại lượng

 vì khối lượng của chúng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng bánh đà và khối lượng các bánh xe, chúng ta đặt:

Trong đó δi là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay Ta có thể tính δi gần đúng như sau:

Lực ma sát trượt Fxf và Fxr sinh ra do mặt đất tác động lên bánh xe Lực ma sát trượt phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Phản lực tác dụng lên mỗi bánh

- Hệ số ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường

Lực ma sát trượt được tính theo công thức: df xf

+ à: Hệ số ma sỏt trượt

+ Nxf, Nxr: Phản lực tác dụng lên bánh trước và bánh sau

Lực ma sát trượt có thể coi là lực đóng vai trò phát động chuyển động của xe Trên thực tế, à khụng cố định mà phụ thuộc vào điều kiện mặt đường, chất lượng và loại lốp xe Điều này làm cho lực ma sát không đủ lớn trên những điều kiện mặt đường nhất định Lúc này nếu vẫn duy trì tốc độ như cũ, xe sẽ gặp phải những vấn đề nghiêm trọng, làm xe bị mất lái, lao theo quỹ đạo không mong muốn Để đơn giản trong quá trình mô phỏng ta bỏ qua lực này f Lực cản dốc

Khi xe chuyển động lên dốc thì trọng lượng G được phân tích thành 2 thành phần: lực 𝐺 𝑐𝑜𝑠 𝛼 vuông góc với mặt đường và lực 𝐺 𝑠𝑖𝑛 𝛼 song song với mặt đường Thành phần 𝐺 𝑐𝑜𝑠 𝛼 tác dụng lên mặt đường và gây nên các phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên các bánh xe là Z 1 và Z 2 Thành phần thứ hai 𝐺 𝑠𝑖𝑛 𝛼 cản lại sự chuyển động của xe khi lên dốc và được gọi là lực cản dốc Fi: sin

Khi xe xuống dốc, lực Fi sẽ cùng chiều chuyển động của xe và Fi trở thành lực đẩy Bởi vậy, khi xe lên dốc thì Fi trở thành lực cản và có dấu (+) còn khi xuống dốc thì Fi trở thành lực đẩy và có dấu (–) trong công thức trên sin 1490.9,81.sin 14617sin

Muốn xe chuyển động thì:F k F c

Chiếu phương trình lên trục Ox chiều dương là chiều tịnh tiến của xe: k w f j i

3.3.2 Xác định khả năng leo dốc của xe

Khi xác định độ dốc lớn nhất mà xe vượt qua được ta không quan tâm đến khả năng bám của bánh xe với mặt đường, nên đây chỉ là độ dốc lý thuyết lớn nhất có được ứng với lực kéo F kmax Độ dốc lớn nhất có được trong trường hợp xe đang chuyển động đều (j=0=>Fj=0)

Số vòng quay động cơ ứng với giá trị M emax và không kéo theo rơ móc Bởi vậy phương trình lực kéo là: max max max max max max max max max max max cos sin cos sin k f i e t k b k e t kr b

( ) ( ) max max max max max max 2 2 2 max max max

2 2 2 2 max max max max cos sin tan

1 2 kr kr kr kr kr kr

+ i t : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

+ i max = tan: Độ dốc lớn nhất mà xe có thể vượt qua được

+ F kr : Lực kéo riêng của xe

+ f: Hệ số cản lăn mặt đường

Pin của Vinfast VF e34 được ghép bởi 11 pack pin với 220 cell pin/pack

Trong 1 pack, có 10 cell mắc nối tiếp và 22 cell mắc song song

Có khả năng lưu trữ năng lượng 42KWh và nặng 300kg

Trong một đoạn mạch mắc song song, điện áp của đoạn mạch là như nhau nhưng cường độ dòng điện là tổng của dòng điện đi qua tất cả các thành phần của nó được mắc song song Do đó, chúng ta có thể tính toán điện áp danh định của pin:

Bảng 3.1 Thông số pin Vinfast VF e34 Điện áp danh định 396 V Điện áp lớn nhất 462 V Điện áp hoạt động 308 – 456,5 V

Do cấu tạo phức tạp của pin lithium (Cấu tạo bởi 2420 cell pin 3,6V) nên để mô hình hóa pin xe điện là một chủ đề phức tạp và cần phải dựa vào phương trình đối lưu nhiệt trong nội hệ thống và nhiệt độ môi trường,…mà ở đây đề tài chủ yếu tập trung vào mô hình hóa động lực học và để không mất tính tổng quát nhóm em sẽ lấy điện áp danh định của pin là 396V trong suốt thời gian mô phỏng để xem xét mức trong một lần xả pin

Mô hình động lực học

Ta dùng công thức tính được ở phần trước để mô hình hóa động lực học của xe điện Vinfast VF e34

Mô phỏng động học theo phương dọc của xe dựa vào công thức:

Hình 3.8 Mô hình lực kéo trên xe

Hình 3.9 Mô hình lực cản không khí

Hình 3.10 Mô hình lực cản lăn

Hình 3.11 Mô hình lực cản dốc

Hình 3.12 Mô hình mô phỏng động lực học

Mô phỏng động học động cơ của xe dựa vào công thức (3.29) và (3.31):

Hình 3.13 Mô hình hóa động lực học

Hình 3.14 Mô hình hóa động lực học

Phân tích dữ liệu trực tuyến, ta có thể lấy các thông số cơ bản:

Nhập các thông số vào mô hình mô phỏng động lực học, ta có mô hình hoàn chỉnh:

Hình 3.15 Mô phỏng động lực học xe Vinfast VF e34

Mô phỏng khả năng leo dốc tối đa của xe dựa vào công thức (3.25) và (3.26): max max max k e t kr b

Hình 3.16 Mô hình lực kéo riêng

Hình 3.17 Mô hình tính độ dốc tối đa mà xe vượt qua được

Kết quả mô phỏng động lực học

Sau khi chạy mô hình động lực học với Step Time là 18s, thu được kết quả sau:

Hình 3.18 Đồ thị vận tốc

- Mô hình đạt vận tốc cực đại là 145km/h (15s), so với thông số thực tế là 137km/h (15,1s) Sai số không quá lớn

- Mô hình tăng tốc từ 0 - 100km/h trong 9,6s, so với thông số thực tế là 8,25s

Hình 3.19 Đồ thị mô men xoắn

Mô men xoắn tại thời điểm giây thứ 15 không về giá trị 0, vì khi mô hình đặt lên vận tốc cực đại vẫn còn một lượng lực cản khí động học (tổng các lực cản đã phân tích ở phần trước) gần bằng không, vậy vẫn cần một lượng hiệu điện thế bù cung cấp từ ắc quy cho động cơ điện, đây cũng là lượng mô men xoắn bù để thẳng lượng lực cản trên

Hình 3.20 Đồ thị gia tốc

Gia tốc không quá lớn vào khoảng 2,9 m/s 2 Thấp hơn so với gia tốc thực tế, trong quãng thời gian 8.25s để đạt được vận tốc 100 km/h thì gia tốc thực tế là 3,36 m/s 2

Hình 3.21 Độ dốc tối đa mà xe vượt qua được Độ dốc tối đa mà xe vượt qua được là 36,8% Đây là độ dốc khá lớn, cao hơn so với nhiều xe điện khác.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN

Tìm hiểu mô hình Electric Vehicle Reference Application

Ta sẽ nhập từ khóa “Electric” ở phần Examples và chọn mô hình

Hình 4.1 Tìm mô hình Electric Vehicle Reference Appication

Hình 4.2 Mô hình xe điện trên phần mềm Matlab Simulink a Chức năng của các khối

Drive Cycle Source: Cung cấp các chu trình thử nghiệm sau đó gửi tín hiệu vận tốc tham chiếu (Vref) cho khối người điều khiển Longitudinal Driver

Longitudinal Driver: Sử dụng vận tốc tham chiếu Vref từ khối Drive Cycle Source và vận tốc phản hồi Vehfdbk nhận từ khối Passenger Car, sử dụng các tác vụ bên ngoài để nhập các tín hiệu có thể vô hiệu hóa, giữ, hoặc ghi đè các lệnh vòng kín được xác định bởi khối, khối sẽ dùng các lệnh để đưa ra các chế độ tăng tốc hoặc giảm tốc phù hợp với vận tốc tham chiếu

Environment: Bộ tác động của môi trường, khối hiển thị các điều kiện môi trường ở nhiệt độ và áp suất chuẩn

Controllers: Bộ điều khiển khối dựa trên tính năng điều khiển hệ thống truyền động với các tín hiệu phanh tái sinh, mô men xoắn của motor để tính toán ra được công suất cần thiết của bộ truyền động

Passenger Car: Hệ thống động học của xe, khối bao gồm gồm 2 khối chính, hệ thống động lực và hệ thống nguồn điện Khối dựa vào các tín hiệu đầu ra của khối chu trình thử, khối tác động môi trường, bộ điều khiển tốc độ và hệ thống truyền động của bộ điều khiển đề đạt được các tín hiệu về công suất pin, tiêu thụ dòng, trạng thái pin, mô men xoắn, tốc độ quay động cơ và tốc độ của phương tiện

Visualization: Hiển thị kết quả về các đường đặc tính của động cơ, trạng thái pin, mức tiêu thụ nhiên liệu b Hoạt động của mô hình

Khối Drive Cycle Source cung cấp các chu trình thử nghiệm đầu ra là vận tốc tham chiếu và lấy vận tốc tham chiếu so sánh với kết quả cuối cùng Khối Longitudinal Driver lấy tín hiệu vận tốc tham chiếu từ khối Drive Cycle Source và vận tốc phản hồi nhận từ khối Passenger Car để đưa ra các lệnh tăng tốc hoặc giảm tốc, các lệnh này được đưa qua khối Controllers Khối Controllers sẽ nhận các lệnh từ khối Longitudinal Driver kết hợp với các tín hiệu phản hồi nhận từ khối Passenger Car và các điều kiện môi trường, nó sẽ điều khiển khối Passenger Car theo các lệnh của khối Longitudinal Driver đưa ra Khối Passenger Car sẽ thực hiện các lệnh, đưa ra các kết quả hiển thị ở khối Visualization và các tín hiệu phản hồi đưa về hai khối Drive Cycle Source, Longitudinal Driver Để hiểu rõ hơn về mô hình ta đi tìm hiểu từng khối có trong mô hình

Cung cấp các chu trình thử nghiệm của xe, đầu ra là vận tốc tham chiếu theo thời gian

Hình 4.3 Khối Drive Cycle Source

Hình 4.4 Chọn chu trình thử nghiệm

Thực hiện bộ điều khiển theo dõi tốc độ theo chiều dọc Dựa vào vận tốc tham chiếu lấy từ khối Drive Cycle Source và vận tốc phản hồi nhận từ khối Passenger Car Sử dụng các tác vụ bên ngoài để nhập các tín hiệu có thể vô hiệu hóa, giữ hoặc ghi đè các lệnh vòng kín được xác định bởi khối Khối sẽ dùng các lệnh để đưa ra các chế độ tăng tốc hoặc giảm tốc phù hợp với vận tốc tham chiếu

Hình 4.5 Khối Longitudinal Driver Model

+ VelRef: Vận tốc tham chiếu

+ VelFdbk: Vận tốc phản hồi

+ Grade: Độ dốc mặt đường

+ Info: Các tín hiệu dữ liệu (Accel, Decel, Gear, Clutch, Err,…)

+ AccelCmd_Command vehicle acceleration: Tín hiệu tăng tốc theo lệnh yacc

+ DecelCmd_Command vehicle deceleration: Tín hiệu giảm tốc theo lệnh yacc a Bộ điều khiển

Sử dụng tham số Control type, cntrlType để chỉ định một trong các tùy chọn sau:

Hình 4 6 Lựa chọn bộ điều khiển

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

Predictive Mô hình thể hiện hành vi kiểm soát tay lái của người lái trong quá trình di chuyển theo lối đi và tránh chướng ngại vật Xem trước trình điều khiển (look ahead) để đi theo con đường được xác định trước Để triển khai mô hình MacAdam, khối sẽ:

- 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

- Nguyên nhân cho độ trễ trình điều khiển bắt nguồn từ cơ chế cảm giác và thần kinh cơ

Nếu bạn đặt loại điều khiển thành PI hoặc Scheduled PI, khối sẽ triển khai điều khiển tích phân theo tỷ lệ (PI) Đối với cấu hình Scheduled PI, khối này sử dụng hệ số khuếch đại tiến lùi là một hàm của vận tốc xe

Công thức bộ điều khiển PI: ff p ref i ref ref aw out g nom nom nom

Công thức bộ điều khiển Scheduled PI:

( ) ( ) ( ) ( ) ff p ref i ref ref aw out ref g nom nom nom

Với: ref ref out sat e v v e y y

Khi tăng tốc và phanh, khối sử dụng các phương trình này:

1 1 1 1 sat sat acc sat sat dec sat sat sat sat y y y y y y y y y y

+ V nom : Tốc độ xe danh nghĩa

+ K p : Hệ số tỷ lệ thuận

+ K aw : Hệ số cản gió

+ K ff : Cấp độ tăng tiến vận tốc

+ K g : Cấp độ tăng tiến độ dốc

+ y: Độ lớn đầu ra điều khiển danh nghĩa

+ y sat : Độ lớn đầu ra điều khiển bão hòa

+ e out : Sự khác biệt giữa đầu ra điểm bão hòa và danh nghĩa

+ y acc : Tín hiệu tăng tốc

+ V: Tín hiệu vận tốc phản hồi

+ V ref : Vận tốc tham chiếu

Hình 4.7 Bộ điều khiển PI

Hình 4.8 Bộ điều khiển Scheduled PI

Công thức bộ điều khiển Predictive: Đối với chuyển động dọc, khối thực hiện các động lực tuyến tính này:

(4.4) Trong kí hiệu ma trận: x=Fx+gu (4.5)

Khối sử dụng phương trình này cho lực cản lăn:

Mô hình giả định tín hiệu lỗi được xem trước tối thiểu tại một điểm duy nhất T* giây trước đó a* là khả năng của người lái xe trong việc dự đoán phản ứng của xe trong tương lai dựa trên đầu vào điều khiển lái hiện tại b* là khả năng của người lái xe trong việc dự đoán phản ứng của xe trong tương lai dựa trên tình trạng hiện tại của xe Khối sử dụng các phương trình này

+ a, b: Vị trí lốp trước và lốp sau tương ứng

+ I: Quán tính quay của xe

+ a*, b*: Trình điều khiển dự đoán của người lái

+ x: Vector trạng thái xe dự đoán

+ K pt : Lực kéo và giới hạn phanh

+ G: Vector hệ số điều khiển

+ T*: Cửa sổ thời gian xem trước

+ U: Vận tốc xe tiến về phía trước

+ m T : Hằng số vector quan sát, cung cấp vị trí bên của xe

+ a r : Lực cản lăn và đường truyền tĩnh

+ b r : Hệ số lực cản lăn và đường truyền tuyến tính

+ c r : Hệ số lực cản không khí

Mô hình một điểm được khối triển khai tìm lệnh điều khiển giúp giảm thiểu chỉ số hiệu suất cục bộ J trong khoảng thời gian xem trước hiện tại

=   −  (4.9) Để giảm thiểu J theo lệnh lái, điều kiện này phải được đáp ứng dJ 0 du = (4.10)

Bạn có thể biểu thị giải pháp điều khiển tối ưu dưới dạng dòng không tối ưu và lỗi đầu ra xem trước khác 0 tương ứng T* giây phía trước

Khối sử dụng khoảng cách xem trước và vận tốc dọc xe để xác định khoảng thời gian xem trước

- Các phương trình sử dụng các biến này:

+ T*: Cửa sổ thời gian xem trước

+ f t T ( + * ): Đầu vào được xem trước T* giây phía trước

+ y t T ( + * ): Xem trước kế hoạch đầu ra của T* giây phía trước

+ e t T ( + * ): Tín hiệu lỗi được xem trước T* giây phía trước

+ u(t), u 0 (t): Góc lái và góc lái tối ưu tương ứng

Hình 4.9 Thuật toán bộ điều khiển Predictive b Độ trễ của trình điều khiển

Mô hình một điểm được khối triển khai tạo ra độ trễ trình điều khiển Độ trễ của trình điều khiển gây ra độ trễ khi trình điều khiển đang theo dõi tác vụ Cụ thể, đó là sự chậm trễ xuất phát từ cơ chế nhận thức và thần kinh cơ Để tính toán độ trễ trình điều khiển, khối thực hiện phương trình này:

+ : Độ trễ của tài xế c 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

Bộ lọc thông số thấp lỗi vận tốc sử dụng chức năng truyền này:

+  err : Hằng số thời gian lọc lỗi

Hình 4.10 Thuật toán khối LPF d Chuyển số

Sử dụng tham số Shift type, shftType để thực hiện một trong các tùy chọn sau:

Hình 4.11 Lựa chọn chuyển số Bảng 4.2 Các loại chuyển số

None 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 bạn cần để tạo các lệnh tăng tốc và phanh để theo dõi chuyển động phía trước của xe Cài đặt này không cho phép xe chuyển động lùi

Block sử dụng biểu đồ Stateflow ® để thiết lập mô hình lập chuyển số gồm số lùi, trung gian và số tiến

Scheduled 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

External Block sử dụng bánh răng đầu vào, trạng thái của xe và phản hồi

85 vận tốc để tạo ra các lệnh tăng tốc và phanh để theo dõi chuyển động của xe tiến và lùi

Hình 4.12 Thuật toán khối None

Hình 4.13 Thuật toán khối Basic (Reverse, Neutral, Drive)

Hình 4.14 Biểu đồ Stateflow thiết lập mô hình lập chuyển số khối Basic

Hình 4.15 Thuật toán khối Scheduled

Hình 4.16Biểu đồ Stateflow thiết lập mô hình lập chuyển số khối Scheduled

Hình 4.17 Thuật toán khối External

Bộ tác động của môi trường, tạo ra các biến môi trường bao gồm độ dốc mặt đường, vận tốc gió, nhiệt độ và áp suất khí quyển

Hệ thống động học của xe khối bao gồm gồm 2 khối chính, hệ thống động lực và hệ thống nguồn điện Khối dựa vào các tín hiệu đầu ra của khối chu trình thử, khối tác động môi trường, bộ điều khiển tốc độ và hệ thống truyền động của bộ điều khiển đề đạt được các tín hiệu về công suất pin, tiêu thụ dòng, trạng thái pin, mô men xoắn, tốc độ quay động cơ và tốc độ của phương tiện

Khối Passenger Car gồm các khối sau đây:

Ta tìm hiểu các khối có trong khối Passenger Car

Hình 4.20 Thuật toán khối Drivetrain Plant Input

+ Ctrl: Mô men yêu cầu của động cơ (MotTrqCmd) và áp suất phanh yêu cầu (BrkCmd)

+ Env: Các điều kiện môi trường

+ ElecFdbk: Trạng thái pin (BattSoc), năng lượng pin (BattPwr), dòng điện pin (Battcrnt) và mô men motor (MotTrq)

- Đầu ra: Sau khi cho một vài tín hiệu qua khối chuyển đổi tốc độ, đầu ra là các tín hiệu: Áp suất phanh yêu cầu, độ dốc, mô men động cơ, vận tốc gió

Hình 4.21 Thuật toán khối Drivetrain

- Đầu vào là các tín hiệu từ khối Drivetrain Plant Input, đầu ra là các tín hiệu tốc độ của xe (VehSpd) và tốc độ động cơ (MotSpd)

- Khối này chủ yếu chứa các hệ thống liên quan đến truyền lực và khung gầm

- Sơ đồ tổng thể các khối trong Drivetrain

Khối Drivetrain gồm các khối sau đây: a Rotational Inertia b Driveshaft Compliance c Differential and Compliance d Wheels and Brakes e Vehicle f Vehicle Output Interface

Tìm hiểu các khối trong khối Drivetrain: a Khối Rotational Inertia

Khối có chức năng chuyển mô men xoắn thành tốc độ góc

+ Rtrq: Mô men xoắn trục truyền động đầu vào [N.m]

+ Ctrq: Tải mô men xoắn trục truyền động (Mô men xoắn đầu ra) [N.m]

+ Spd: Tốc độ góc trục truyền động [rad/s]

- Các thông số được nhập vào khối:

+ Tốc độ góc ban đầu: omega_o

Hình 4.23 Các thông số mô phỏng trong khối Rotational Inertia

Hình 4.24 Thuật toán khối Rotational Inertia b 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

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

Các công thức sử dụng trong khối:

+ T R : Mô men R của trục truyền động

+ T C : Mô men C của trục truyền động

+ w R : Vận tốc góc R của trục truyền động

+ w C : Vận tốc góc C của trục truyền động

+ k: độ cứng trục truyền động

+ b: độ nhớt giảm chấn xoắn

+  : Khớp xoay của trục truyền động

Hình 4.26 Thuật toán khối khối Driveshaft Compliance

- Các thông số nhập vào khối:

+ Tốc độ góc ban đầu

Hình 4.27 Các thông số mô phỏng trong khối Driveshaft Compliance c Khối Differential and Compliance

Cho phép ta chọn hệ dẫn động của xe như Front Wheel Drive, Rear Wheel Drive, All Wheel Drive

Hình 4.28 Khối Differential and Compliance

Vì model sử dụng hệ dẫn động cầu trước nên ta chỉ tập trung nghiên cứu Front Wheel Drive

Hình 4.29 Thuật toán khối Differential and Compliance

+ DriveshftTrq: Mô men xoắn đầu vào được lấy từ mô men xoắn của trục các đăng dẫn động chính từ động cơ

+ Axle1Trq: Mô men xoắn trục dẫn động 1 dẫn động ra bánh xe [N.m]

+ Axle2Trq: Mô men xoắn trục dẫn động 2 dẫn động ra bánh xe [N.m]

+ DriveshftSpd: Tốc độ góc trục truyền động [rad/s]

+ Alxe1Spd: Tốc độ góc trục 1 [rad/s]

+ Alxe2Spd: Tốc độ góc trục 2 [rad/s]

Bên trong khối “Differential and Compliance” chứa khối “Open Differential”: Khối này thực hiện vi sai như một bộ truyền bánh răng côn hành tinh Khối khớp của trục bánh răng côn của trục truyền động với bánh răng côn vòng Có thể xác định:

+ Tỉ lệ giá đỡ trên trục truyền động

+ Vị trí vành bánh xe

+ Hệ số nhớt và giảm xóc cho trục và giá đỡ

- Sử dụng khối Open Differential để:

Ứng dụng mô hình EV Reference Application mô phỏng Vinfast VF e34

A Drive Cycle Source Ở khối này, nhóm chọn 2 chu trình để thử nghiệm là chu trình lái xe trong thành phố (FTP 75) và chu trình kiểm tra xe hơi theo tiêu chuẩn toàn cầu (WLTP) a Chu trình lái xe trong thành phố (FTP 75)

Hình 4.96 Chọn chu trình FTP - 75 trong khối Driving Cycle

Khối chọn chu trình sử dụng theo tiêu chuẩn FTP – 75 cung cấp tín hiệu vận tốc tham chiếu (vref) cho khối người điều khiển (Longitudinal Driver) và so sánh với kết quả cuối cùng

Chu trình FTP-75 là chu trình thử nghiệm xe trong điều kiện thành phố (Urban) của EPA Federal Test Procedure, Mỹ Đặc điểm chu trình là khi bắt đầu thử, động cơ được khởi động ở trạng thái nguội sau một đêm để ở nhiệt độ môi trường (20°C)

Chu trình gồm 3 giai đoạn:

+ 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

Hình 4.97 Biểu đồ chu trình thử nghiệm FTP 75 trong thành phố b Chu trình thử nghiệm WLTP

Chu trình WLTP được nhập vào từ file excel

Hình 4.98 Nhập vào chu trình WLTP

Chu trình WLTP: Tiêu chuẩn WLTP được áp dụng để thử nghiệm phạm vi hoạt động của xe điện tại châu Âu WLTP là một hệ thống các chu trình lái xe được sử dụng để đo mức tiêu hao năng lượng của xe điện

Chu kỳ Tốc độ tối đa Thời gian Quãng đường

Chu kỳ 1 - Tốc độ thấp 56,5km/h 589 giây 3.095m

Chu kỳ 2 - Tốc độ trung bình 76,6km/h 433 giây 4.756m

Chu kỳ 3 - Tốc độ cao 97,4km/h 455 giây 7.162m

Chu kỳ 4 - Tốc độ rất cao 131,3km/h 323 giây 8.254m

Hình 4.99 Biểu đồ chu trình thử nghiệm WLTP

B Longitudinal Driver Model a Bộ điều khiển

Chọn bộ điều khiển Predictive vì trong các hệ thống phức tạp bộ điều khiển Predictive thường cung cấp hiệu suất tốt hơn và có tính chính xác cao Có khả năng dự đoán tốt hơn về tương lai và có thể điều chỉnh đáp ứng của hệ thống dựa trên các dự đoán này Khối sẽ: + Biểu thị động lực học dưới dạng phương tiện đường đơn tuyến tính

+ Giảm thiểu tín hiệu lỗi đã xem trước tại một điểm trước trong thời gian t (giây)

Hình 4.100 Chọn bộ điều khiển Predictive b Chuyển số

Chọn loại chuyển số Reverse, Neutral, Drive ứng với số lùi, số trung gian và số tiến Không có ly hợp

Hình 4.101 Chọn loại chuyển số Reverse, Neutral, Drive

Hình 4.102 Các thông số ứng với bộ điều khiển Predictive

Chọn các thông số ứng với bộ điều khiển Predictive, loại chuyển số Reverse, Neutral, Drive

- Tổng lực kéo hiệu dụng của xe:

- Thời gian phản hồi của người lái: tau = 0,1s

- Hệ số cản không khí: cR = 0,33 [N.s 2 /m 2 ]

- Bánh răng ban đầu: GearInit = 0

- Thời gian cần thiết để chuyển số: tShift = 0,1

Nhiệt độ môi trường lấy bằng nhiệt độ trung bình tại TP.HCM (303 0 K = 30 0 C), áp suất thì lấy bằng áp suất khí quyển tại mặt đất, vận tốc gió tại Tp Hồ Chí Minh trung bình là từ 5-7 km/h (chọn 6km/h ứng với 1,67 m/s) và độ dốc mặt đường sử dụng kết quả lập trình mặc định của Matlab (Grade=0)

Hình 4.103 Thiết lập các điều kiện môi trường

D Passenger Car a Khối Drivetrain Configuration

Cho phép ta chọn hệ dẫn động của xe như Front Wheel Drive, Rear Wheel Drive, All Wheel Drive

Hình 4.104 Chọn hệ dẫn động Front Wheel Drive

Vì xe điện Vinfast VF e34 là xe điện với hệ thống dẫn động cầu trước, ta chọn Front Wheel Drive b Khối Wheels and brake

+ Longitudinal Force: Chọn lực dọc Magic Formula constant value với hệ số lực không đổi về độ cứng, hình dạng, đỉnh, độ cong

+ Rolling Resistance: Chọn lực cản lăn Pressure and velocity, đo lực cản lăn từ vận tốc, lực pháp tuyến và áp suất lốp

+ Brake Type: Chọn phanh đĩa vì Vinfast VF e34 dùng phanh đĩa

+ Vertical Motion: Chọn None, khối chuyển các lực khung gầm được áp dụng trực tiếp đến tính toán lực cản lăn và lực dọc

+ Bán kính khi không có tải (UnLoaded radius), UNLOADED_RADIUS: 0,325 [m] + Bán kính khi có tải (Loaded radius), Re: 0,31 [m]

157 c Khối Vehicle Body 3 DOF Longitudinal

Chọn Axle displacement (Dịch chuyển trục): Các trục có thể chuyển vị thẳng đứng được cung cấp đầu vào và vận tốc đối với cấp đường Khối này sử dụng các thông số về độ cứng và giảm xóc dạng bảng để mô hình hóa lực treo tác động giữa thân xe và trục xe

Xe đang di chuyển trên đường bằng với độ dốc được chọn để thử nghiệm trong thành phố và trên cao tốc

Hình 4.106 Thông số khối Vehicle Body 3 DOF Longitudinal

- Thay đổi thông số Longitudinal Parameters:

+ Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước a: 1,188 [m]

+ Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau b: 1,422 [m]

+ Khoảng cách từ trọng tâm đến mặt đất h: 0,5 [m]

+ Hệ số cản khí động học Cd: 0,33 [N.s 2 /m 2 ]

+ Điện tích cản trước Af: 2,37 [m 2 ]

- Thay đổi thông số Enviroment Parameters:

+ Nhiệt độ không khí T: 303 0 K d Khối battery

Hình 4.107 Thông số khối Battery

- Initial battery capacity (Dung lượng pin ban đầu): Chọn Parameter để nhập vào dung lượng pin ban đầu

- Output battery voltage (Điện áp đầu ra): Chọn Unfitered không phải lọc qua bước tính toán thời gian lọc tín hiệu

+ Dung lượng danh định của 1 cell pin BattChargeMax: 4,8 [Ah]

+ Dung lượng ban đầu của 1 cell pin BattCapInit: 4,8 [Ah]

+ Số cell pin mắc nối tiếp Ns: 110

+ Số cell pin mắc song song Np: 22

Vì là động cơ PMSM nên thông số sẽ khác với thông số có sẵn trong khối mapped motor, chọn MotGenEvDynamic để thay đổi số liệu phù hợp với xe mô phỏng

Hình 4.108 Chọn loại động cơ MotGenEvDynamic

- Khối Interior PMSM SS Spd:

Hình 4.110 Thông số khối Interior PMSM SS Spd

Cổng Port Configuration: Vì đầu vào là tốc độ động cơ, đầu ra là mô men động cơ nên chọn “Speed”

- Khối Interior PM Controller SS Trq:

Hình 4.111 Thông số khối Interior PM Controller SS Trq

+ Vì là khối điều khiển mô men, chọn Control Type: Torque Control

+ Thay đổi thông số: T_max = 242 [Nm]

E Controllers a Khối Regen Braking Control Ở đây có hai loại phanh tái sinh, phanh tái sinh nối tiếp và phanh tái sinh song song

Vì Vinfast VF e34 sử dụng phanh tái sinh nối tiếp nên ta chọn Series Regen Braking

Hình 4.112 Chọn phanh tái sinh b Series Regen Braking

Thay đổi các thông số liên quan đến mô men xoắn, số vòng quay động cơ, hiệu suất động cơ Theo thông số của nhà sản xuất thì ta có mô men xoắn cực đại là 242 Nm ở 4500 vòng/phút, công suất tối đa 110kW, vận tốc tối đa là 137km/h Từ đó ta có thể tính được mô men và số vòng quay khi đạt vận tốc tối đa Cụ thể:

Vậy ở số vòng quay tối đa là 8878 vòng/phút thì mô men là 118Nm

+ w b : tốc độ góc của bánh xe

+ w e : tốc độ góc của động cơ

+ P emax : Công suất tối đa của động cơ

+ M e : Mô men xoắn tại tốc độ góc we

+ v max : Vận tốc cực đại của xe

Từ những thông số tính được ở trên, ta có thể thay đổi các bảng giá trị khối Series Regen Braking như hình bên dưới:

Hình 4.113 Thay đổi thông số bảng giá trị mô men ứng với số vòng quay động cơ

Hình 4.114 Thay đổi bảng giá trị hiệu suất động cơ

Bảng giá trị hiệu suất n-D Lookup table: Thay đổi thông số mô men và số vòng quay để thuật toán tự tính toán nội suy và sẽ xuất ra ở biểu đồ hiệu suất Effect Map

Hình 4.115 Thay đổi đơn vị vận tốc

Hình 4.116 Thay đổi thông số khối Performace Calculations

Các đơn vị đo về đơn vị km và lít theo tiêu chuẩn đo lường Việt Nam, đầu ra sẽ là số

Km đi được trên 1 lít nhiên liệu tương đương với lượng điện năng tiêu thụ của xe.

Kết quả mô phỏng và thảo luận

Hình 4.117 Kết quả mô phỏng vận tốc chu trình FTP 75

Hình 4.118 Kết quả mô phỏng vận tốc chu trình WLTP Đối với FTP 75 là 95 km/h và WLTP là 131 km/h theo tiêu chuẩn của từng chu trình Với vận tốc cao hơn của chu trình WLTP có xu hướng vận tốc trung bình cao hơn bởi vì chu trình WLTP bao gồm cả phần lái xe trên đường cao tốc và đường xuyên thành phố, trong khi đó FTP 75 mô phỏng điều kiện lái xe trong thành phố Chu trình WLTP là chu trình được cải tiến nên khoảng vận tốc và tốc độ tối đa phương tiện thử nghiệm có thể đạt được cao hơn so với chu trình FTP 75

Hình 4.119 Kết quả mô phỏng mô men xoắn chu trình FTP 75

Hình 4.120 Kết quả mô phỏng mô men xoắn chu trình WLTP Đối với chu trình WTLP và FTP 75 mô men tối đa đạt được vào khoảng 170 N.m, mô men này đạt được ở những khoảng tăng tốc nhiều và đột ngột Đối với mô men hồi về, chu trình thử nghiệm trong thành phố FTP 75 có nhiều khoảng mô men phanh tái sinh hồi về hơn do xe chạy trong thành phố có những điểm dùng phanh nhiều hơn Đối với chu trình WLTP chạy chủ yếu trên cao tốc, mô men phanh tái sinh thu hồi tuy có giá trị cao hơn nhưng ít hơn do trên cao tốc có giới hạn vận tốc tối thiểu, tuy nhiên ở vận tốc cao, phanh tái sinh cũng hồi mô men về nhiều hơn

4.3.3 Dung lượng pin tiêu thụ

Hình 4.121 Kết quả mô phỏng lượng pin tiêu hao chu trình FTP 75

Hình 4.122 Kết quả mô phỏng lượng pin tiêu hao chu trình WLTP

Chu trình WLTP có độ dài 23,25 km và tiêu thụ 8% pin, trong khi chu trình FTP 75 có độ dài 17,7 km và tiêu thụ 9% pin Sự chênh lệch trong lượng tiêu thụ pin trên số km giữa hai chu trình này có nguyên nhân từ các yếu tố sau:

Trong chu trình WLTP, xe chạy trên cao tốc với vận tốc trung bình cao hơn Điều này giúp giảm tỷ lệ tiêu thụ pin trên mỗi km do ít có trạm dừng để pin tiêu hao trong trạng thái chờ Sự ổn định vận tốc trên cao tốc cũng giúp giảm tiêu thụ năng lượng Trong khi đó, trong chu trình FTP 75, việc tăng giảm vận tốc kéo theo sự biến đổi liên tục Điều này

167 xảy ra khi xe di chuyển trong thành phố, nơi có nhiều tình huống dừng lại hoặc chờ đèn đỏ Những tình huống này đòi hỏi tiêu thụ năng lượng lớn hơn, làm tăng tỷ lệ tiêu thụ pin trên mỗi km so với chu trình WLTP Vì vậy, do các yếu tố như vận tốc trung bình, trạm dừng và tình huống tăng giảm vận tốc khác nhau, chu trình chạy trên cao tốc WLTP có tỷ lệ tiêu thụ pin thấp hơn so với chu trình FTP 75

Hình 4.123 Kết quả mô phỏng dòng điện chu trình FTP 75

Hình 4.124 Kết quả mô phỏng dòng điện chu trình WLTP

So sánh 2 đồ thị ta thấy, dòng pin của chu trình WLTP có giá trị tối đa cao hơn, 127 (A) so với 96 (A) của chu trình FTP 75, dòng tái nạp của chu trình WLTP cũng cao hơn do sử dụng phanh ở vận tốc cao, làm cho dòng điện trên đồ thị có giá trị âm ở thời điểm phanh tái sinh hoạt động Việc tái nạp này làm giảm năng lượng hao phí sản sinh ra khi sử dụng phanh đồng thời kéo dài thời gian sử dụng trên 1 chu kỳ pin

4.3.5 Mức tiêu hao nhiên liệu

Hình 4.125 Kết quả mô phỏng mức tiêu hao nhiên liệu chu trình FTP 75

Hình 4.126 Kết quả mô phỏng mức tiêu hao nhiên liệu chu trình WLTP Đối với chu trình WLTP giá trị trung bình là 55 km/1L còn FTP 75 là 50 km/1L, sự chênh lệch tuy không nhiều nhưng do đặc điểm của 2 chu trình, chu trình WLTP chạy trong cao tốc với tốc độ cao, quãng nghỉ ít, còn đối với FTP 75 pin tiêu hao do trạng thái chờ lâu, quãng nghỉ nhiều, số km đi được khi quy đổi nhiên liệu cũng giảm so với WLTP

Hình 4.127 Kết quả mô phỏng khi chạy 2 chu trình WLTP Ở đây nhóm em đưa vào thời gian của 2 chu trình WLTP để xem lượng pin tiêu hao ứng với quãng đường đi được, từ đó tính tỉ lệ ra được tổng quãng đường mà xe chạy đến khi hết pin

Chạy 2 chu trình WLTP tiêu hao 17% pin với quãng đường là 46,5 km Với 100% pin quãng đường đi được vào khoảng 290 km So sánh với chu trình NEDC được Vinfast thử nghiệm công bố vào khoảng 285 km, với sai số chấp nhận được trong qua trình mô phỏng Việc mô phỏng với 2 chu trình liên tục cho thấy được quá trình tái nạp của phanh tái sinh sẽ nhiều hơn khi dung lượng pin giảm dần

Với nhiên liệu do được trung bình là 55km/L, so sánh với một chiếc xe xăng có cùng tầm giá tiền, số chỗ ngồi và cũng là của hãng xe nổi tiếng với khả năng tiết kiệm nhiên liệu: Toyota Veloz Cross: tiêu hao trung bình 6.3 lít/100km => Xe chạy được 16 km trên

1 lít nhiên liệu, so sánh với 55 km/1 lít của mô hình mô phỏng, ta thấy việc xe chạy điện tốn phí nhiên liệu chỉ bằng 1/3 xe xăng Ở đây ta chí xét đến chi phí nhiên liệu riêng, không xét chi phí vận hành, bảo dưỡng.