Nhờ công nghệ hybrid, động cơ đốt trong chỉ phải hoạt động ở các chế độ tải, tốc độ mà động cơ đốt trong có hiệu suất cao, ít phát thải; còn trong điều kiện hoạt động trong điều kiện tải
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tổng quan
Trong bối cảnh thế giới đang phải đối mặt với hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu và sự cạn kiệt của tài nguyên thiên nhiên; việc đáp ứng ngày càng tốt hơn các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về khí thải và ô nhiễm môi trường, cũng như sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng là những yêu cầu vô cùng cấp thiết Đối với lĩnh vực nghiên cứu phát triển của ngành công nghiệp ô tô gần đây, “Green vehicle” [1] là một khái niệm rất được chú ý Dựa trên cơ sở sử dụng các loại nhiên liệu sạch, nhiên liệu sinh học (biodiesel, biogasoline), các nguồn năng lượng mới (điện, hydrogen…) hoặc kết hợp nhiều nguồn năng lượng khác nhau (hybrid), “Green vehicle” có thể đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường, sử dụng hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu Trong đó, xe “Hybrid” hay còn gọi là xe lai được xem là phương án khả thi nhất và có thể áp dụng rộng rãi trong thời điểm hiện tại
Hình 1.1 Nguyên lý HTĐK của xe 2 bánh hybrid Piaggio MP3 [1]
Song song với sự phát triển của các dòng xe ô tô hybrid, nhiều hãng sản xuất xe hai bánh trên thế giới cũng đã tập trung và đưa ra các sản phẩm xe hai bánh hybrid ra thị trường, đặc biệt là thị trường ở các quốc gia đang phát triển với thị phần xe gắn máy rất lớn và các quy định về khí thải gây ô nhiễm môi trường đối với loại phương tiện giao thông này ngày càng nghiêm ngặt Hình 1.1 thể hiện sơ đồ nguyên lý của hệ
2 thống điều khiển xe máy hybrid Về cơ bản, xe gắn máy hybrid sử dụng hai nguồn động lực chính là động cơ điện (Motor) và động cơ đốt trong (ICE) chạy bằng xăng
Việc thiết kế bộ điều khiển ECU (Engine Control Unit) là một phần rất quan trọng trong phát triển công nghệ xe hybrid Các nguồn động lực trong xe hybrid được phối hợp tối ưu trong các điều kiện vận hành nhờ bộ điều khiển ECU của xe; nhờ vậy nâng cao được hiệu quả sử dụng năng lượng và góp phần giảm lượng khí thải gây ô nhiễm
Honda là hãng đi tiên phong trong việc áp dụng hybrid lên xe hai bánh, Honda đã giới thiệu mẫu xe máy hybrid đầu tiên vào tháng 8 năm 2004, xe là một sự kết hợp hoạt động của một động cơ phun xăng điện tử 50cc và một động cơ điện xoay chiều sử dụng ắc quy niken-hydro [3] Năm 2009, mẫu xe máy Piaggio MP3 gắn động cơ hybrid [4] cũng đã được hãng xe Ý giới thiệu tại Tp.HCM trong một triển lãm về giải pháp kinh doanh xanh của Liên minh châu Âu Gần đây, vào năm 2012, hãng xe máy Ấn Độ Hero Motor đã giới thiệu dòng xe tay ga mới Hero Leap [5] sử dụng động cơ hybrid với mức tiêu thụ nhiên liệu 1 lít xăng trên 100km, động cơ chạy xăng có thể vừa giúp xe chạy, vừa sạc pin cho xe Qua thống kê trên có thể thấy rằng các hãng sản xuất trên thế giới đã làm chủ được công nghệ xe máy hybrid và đang nổ lực để thương mại hóa sản phẩm
Tuy nhiên, rào cản lớn nhất hiện nay trong việc ứng dụng rộng rãi công nghệ này trong đời sống chính là giá thành sản phẩm còn rất cao Trong tương lai, các nghiên cứu chuyên sâu hơn cần được tiến hành để giảm giá thành sản phẩm nhằm nâng cao khả năng thương mại hóa và tính cạnh tranh so với các sản phẩm xe máy khác, đặc biệt là thị trường tiềm năng ở các quốc gia đang phát triển.
Xu Hướng Phát Triển Xe Sạch Trên Thế Giới
Hình 1.2 Sơ đồ phát triển công nghệ hybrid của Toyota [2]
3 Phương tiện giao thông vận tải cơ giới sử dụng động cơ nhiệt nói chung là nguồn ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển Vì vậy việc làm giảm mức độ phát thải ô nhiễm của chúng luôn là đối tượng nghiên cứu của các nhà sản xuất ô tô, xe gắn máy
Có nhiều giải pháp được đề ra trong đó giải pháp được chú ý và khả thi nhất chính là công nghệ xe điện và xe hybrid Trong đó, công nghệ xe hybrid có phần nổi bật hơn vì có thể kết hợp ưu điểm của xe điện và xe sử dụng động cơ đốt trong (ICE) thông thường Mặt khác, công nghệ hybrid đã được phát triển ở hầu hết các nhà sản xuất ô tô và tỏ ra rất thành công đối với các dòng sản phẩm của Toyota (Hình 1.2) và Honda
Tuy nhiên, nhược điểm dẫn đến tính thương mại của những mẫu xe hybrid còn thấp chính là giá thành cho một chiếc xe hybrid khá cao so với đại đa số người tiêu dùng, kể cả ở những quốc gia có chính sách hỗ trợ cho dòng xe thân thiện với môi trường này Các nhà sản xuất đang nghiên cứu để có thể đưa vào sản xuất hàng loạt những dòng xe hybrid và tung ra thị trường trong thời gian sớm nhất với giá thành hợp lý Góp phần tiết kiệm chi phí vận hành cho người tiêu dùng trong bối cảnh giá nhiên liệu ngày càng tăng, nguồn nhiên liệu đang cạn kiệt dần, đồng thời có thể đạt được các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt ở các quốc gia trên thế giới.
Xu Hướng Phát Triển Xe Sạch Trong Nước
Lượng xe gắn máy ở nước ta trong những năm gần đây gia tăng nhanh chóng, vượt xa so với dự báo của các cơ quan quản lí nhà nước Hiện tại và trong tương lai, xe gắn máy vẫn đóng vai trò quan trọng trong hoạt động di chuyển của người dân do có tính cơ động cao, giá cả phù hợp với túi tiền của đại đa số người dân lao động
Mặt khác, do nước ta có số lượng xe máy hai bánh trên bình quân đầu người rất lớn nên vấn đề giảm ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của loại xe này đang là một trong các vấn đề được nhà nước đặt ra hết sức cấp bách
Với những yêu cầu đó, trong những năm gần đây, công nghệ hybrid cũng đã và đang thu hút khá nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước, đặc biệt GS.TS Bùi Văn Ga và nhóm cộng sự [7,8] đã thiết kế, chế tạo thành công mẫu xe gắn máy hybrid kết hợp giữa động cơ LPG và động cơ điện Tuy nhiên, hạn chế của công trình này là chưa có điều kiện thử nghiệm các chỉ tiêu về ô nhiễm môi trường mà chỉ dừng lại ở việc ước lượng Bên cạnh đó, vấn đề khảo sát điều kiện vận hành và hiệu quả sử dụng của xe máy trong điều kiện giao thông đô thị (Tp.HCM, Hà Nội…) để làm cơ sở thiết kế kỹ thuật, xây dựng các thuật toán phù hợp cho việc phát triển xe gắn máy 2 bánh hybrid vẫn chưa được đề cập trong các nghiên cứu tại Việt Nam
Ngoài việc phát triển xe hybrid thì xe điện và xe sử dụng năng lượng sạch cũng là những đề tài hấp dẫn thu hút nhiều nhà nghiên cứu trong nước Nhiều hãng sản xuất xe điện nổi tiếng đã chú ý đến thị trường Việt Nam như Terra motors tuy nhiên chưa
4 thu hút được khách hàng do giá thành sản phẩm quá cao và tiêu chuẩn khí thải ở nước ta còn thấp, chính sách hỗ trợ đối với xe thân thiện với môi trường yếu kém.
Ý tưởng khoa học
Hình 1.3 trình bày vùng vận hành thường xuyên của động cơ xăng qua việc biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất động cơ, tốc độ và các chế độ tải Thông qua biểu đồ, có thể nhận thấy rằng ở các chế độ tốc độ thấp và tải thấp (tương ứng với các chế độ vận hành của xe trong khu vực đô thị), hiệu suất của động cơ đốt trong dao động ở mức từ 5-15% thấp hơn nhiều so với hiệu suất công bố của động cơ xăng (thông thường từ 25-30%) Với công nghệ hybrid, động cơ điện sẽ đóng vai trò dẫn động chính cho xe ở các chế độ hoạt động này, vì thế động cơ đốt trong không phải hoạt động ở chế độ có hiệu suất thấp giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải khí thải
Hình 1.3 Vùng vận hành thường xuyên của động cơ xăng [9]
Những năm gần đây, hệ thống phun xăng điện tử đã được thương mại hóa trên xe gắn máy (Honda Wave RSX, Suzuki Viva 115, Sirius FI…) nhằm thay thế cho việc sử dụng bộ chế hòa khí Tuy nhiên, khi vận hành trong điều kiện nội thành (Tp.HCM, Hà Nội…) động cơ phun xăng điện tử vẫn còn một số chế độ hoạt động gây tiêu hao nhiên liệu lớn như:
+ Giữ máy ở chế độ cầm chừng khi không cần thiết
+ Tăng tốc, giảm tốc thường xuyên do kẹt xe, dừng đèn đỏ
+ Hiệu suất thấp khi hoạt động ở vùng tốc độ thấp
Tính cấp thiết và tính mới
Qua những phân tích trên, rõ ràng việc nghiên cứu thiết kế xe máy Hybrid dựa trên nền xe có sẵn (số lượng xe gắn máy ở Việt Nam lớn nên cải tạo trên nền xe có sẵn sẽ giúp tiết kiệm chi phí) là một việc làm cần thiết, tính khả thi cao và có ý nghĩa lớn đối với môi trường ở Việt Nam nhất là ở các thành phố lớn Bởi vì xe máy là loại phương tiện giao thông cá nhân thông dụng có tính cơ động cao và giá thành hợp lý phù hợp với điều kiện sử dụng ở tại Việt Nam Ngoài ra, khi đề tài này thành công còn góp phần tạo động lực thúc đẩy sự phát triển xe máy hybrid vào thị trường trong nước
Chính vì vậy mà đề tài “Nghiên Cứu Thiết Kế Giải Thuật Điều Khiển Xe Hybrid Honda Lead” là đề tài cần thiết không những có ý nghĩa khoa học mà còn có ý nghĩa về mặt xã hội rất lớn.
Mục tiêu
Đề tài này bao gồm 2 mục tiêu:
- Giới thiệu xe Hybrid Honda Lead kết hợp giữa động cơ xăng sẵn có trên xe và một động cơ điện mua trên thị trường (với các thông số phù hợp điều kiện vận hành tại Tp.HCM)
- Đưa ra giải thuật điều khiển xe Hybrid Honda Lead phù hợp với điều kiện giao thông tại Tp Hồ Chí Minh theo các tiêu chí sau:
Xe sau cải tạo đảm bảo đặc tính chịu tải ở chế độ 2 người
Cảm giác tăng tốc của xe sau cải tạo ở chế độ chạy điện và xăng tương đồng nhau
Thời gian hoạt động liên tục: 2-3 tiếng/nạp điện
Động cơ điện chủ yếu giúp xe 02 bánh hybrid hoạt động ở điều kiện đường xá bằng phẳng có độ dốc tối đa là 30 0
Đối tượng nghiên cứu
Xe Honda Lead đã qua cải tạo thành xe hybrid.
Lý do chọn xe Honda Lead – lợi thế và thách thức
Việc thiết kế một chiếc xe máy hai bánh hybrid trên nền một xe máy có sẵn đặt ra những thách thức và khó khăn không nhỏ, làm sao để lựa chọn một xe nền phù hợp và dễ dàng thiết kế cải tạo thành một chiếc xe hybrid hoàn chỉnh, kết cấu gọn gàng mà vẫn giữ được tính thẩm mỹ cho xe, đồng thời hạ thấp giá thành sản phẩm là những vấn đề cần phải được giải quyết
Việc lựa chọn xe Honda Lead làm xe nền để thiết kế cải tại thành xe máy hai bánh hybrid dựa trên những lý do sau đây:
6 - Honda là thương hiệu sản xuất ô tô – xe máy hàng đầu thế giới, riêng tại Việt
Nam Honda là hãng sản xuất xe máy chiếm giữ thị phần cao nhất trong nhiều năm liền (khoảng 60 – 65% thị phần xe máy cả nước) [18] Những dòng xe máy Honda được nhiều người dân nước ta yêu thích bởi mẫu mã đẹp, chất lượng tốt, độ bền cao, giá cả hợp lý, luôn biết làm mới mình bằng những công nghệ hiện đại được áp dụng lên các dòng xe máy sau này…
- Honda Lead được trang bị eSP – động cơ thông mình thế hệ mới, 4 kỳ, xi lanh đơn, làm mát bằng dung dịch và tích hợp các công nghệ tiên tiến nhất
- Honda Lead là một trong những mẫu xe máy rất được ưa chuộng, kiểu dáng trẻ trung thanh lịch
- Ngoài ra, xe Honda Lead còn có giá thành phù hợp, việc này sẽ góp phần giảm giá thành của sản phẩm sau cải tạo làm tăng tính khả thi của đề tài
Tuy nhiên, do xe Honda Lead còn sử dụng bộ chế hòa khí nên lượng tiêu hao nhiên liệu vẫn còn khá lớn Việc vận hành trong điều kiện giao thông đô thị, hoạt động ở tốc độ thấp hay hoạt động ở chế độ cầm chừng (dừng đèn đỏ…) cũng làm hiệu suất động cơ giảm và phát thải nhiều chất gây ô nhiễm ra môi trường Để khắc phục những nhược điểm của xe Honda Lead, phương án xe hybrid được xem là giải pháp tối ưu và khả thi nhất Để thiết kế cải tạo một chiếc xe máy bình thường thành xe hybrid ta cần tính toán, lựa chọn các thiết bị gắn thêm lên xe để tạo thành một hệ thống hybrid hoàn chỉnh như: động cơ điện, pin, mạch điều khiển điện tử Vì vậy, xe nền cũng có thiết kế phù hợp để dễ dàng bố trí thêm các cụm chi tiết mà ít ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ cũng như không làm ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của xe nền Với thiết kế truyền thống xe Honda Lead có trọng tâm bị lệch về phía sau ít nên việc bố trí động cơ điện, pin không làm ảnh hưởng nhiều đến các đặc tính về động lực học và tính ổn định của xe.
Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu có liên quan: Thống kê – so sánh – tính toán – phân tích và lựa chọn
- So sánh động học và động lực học của xe trước và sau cải tạo bằng phương pháp mô phỏng
- Tìm hiểu về các loại động cơ điện – ắc quy – các phương pháp điều khiển
- Phương án bố trí ắc quy – động cơ điện và hệ thống điều khiển
- Kiểm nghiệm các hệ thống cải tạo mới
- Đánh giá trên lý thuyết phương án thiết kế trước và sau cải tạo
Nội dung nghiên cứu
Để giải quyết mục tiêu nghiên cứu là đưa công nghệ hybrid vào ứng dụng trên xe Honda Lead, đề tài này đã đề cập đến những vấn đề như sau:
Chương 1 – Tổng quan: Giới thiệu giải pháp xe “Xanh” (Green vehicle) nhằm tạo ra các dòng xe thân thiện với môi trường, giảm thiểu phát thải chất gây ô nhiễm và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng, nhất là mảng xe hybrid Tìm hiểu sơ lược về tình hình nghiên cứu xe hybrid trong và ngoài nước, định hướng và một số hạn chế của các đề tài nghiên cứu trong nước nhằm tạo nên tính mới của đề tài này Đưa ra đối tượng, phương pháp, và nội dung nghiên cứu của đề tài “Nghiên Cứu Thiết Kế Giải Thuật Điều Khiển Xe Hybrid Honda Lead” Mặt khác, còn cho thấy tính khả thi của đề tài khi hoàn thành
Chương 2 – Giới thiệu xe hybrid honda lead: Trình bày các thông số kỹ thuật của xe Honda Lead, các chế độ hoạt động của xe Hybrid Honda Lead Hiệu suất hoạt động, khả năng leo dốc và thời gian hoạt động của xe khi hoạt động ở chế độ điện năng Bố trí chung của xe cũng sẽ được phân tích chi tiết ở chương này
Chương 3 – Đánh giá đặc tính kỹ thuật của xe: Trình bày các công thức để tính toán lực kéo và gia tốc của xe, xây dựng đồ thị đường đặc tính lực kéo của xe, đánh giá khả năng chịu tải của xe, xây dựng đặc tính gia tốc của xe, đánh giá cảm giác lái của xe
Chương 4 – Thiết kế giải thuật: Trình bày giải thuật điều khiển xe Hybrid Honda Lead bao gồm: giải thuật xác định chế độ đang chạy của xe, giải thuật khuyến cáo chuyển chế độ xe, giải thuật điều khiển động cơ điện của xe, giải thuật điều khiển bướm ga, giải thuật xác định trạng thái quá tải của xe, giải thuật chuyển chế độ…
Chương 5 – Kết luận và hướng phát triển đề tài: Trình bày kết luận về những gì đã đạt được sau khi thực hiện đề tài bằng cách đánh giá phương án thiết kế theo các tiêu chí sau: hiệu quả sử dụng nhiên liệu, tính khả thi và phù hợp với điều kiện giao thông tại Tp.HCM, từ đó nêu lên hạn chế và hướng phát triển của đề tài
GIỚI THIỆU XE HYBRID HONDA LEAD
Thông số kỹ thuật của xe honda lead
Tham khảo trang web chính thức của Honda Việt Nam và tài liệu sửa chữa Honda Lead, ta có được các thông số kỹ thuật của xe Honda Lead như sau [20, 21]:
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật xe Honda Lead
THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHUNG XE LEAD
Tên gọi Giá trị Đơn vị
Khoảng cách trục bánh xe 1273 mm
Chiều cao yên xe 760 mm
Khoảng cách gầm xe 138 mm
Trọng lượng bản thân 115 kg
Kiểu khung xe Loại sống lưng
Giảm xóc trước Phuộc ống lồng
Hành trình giảm xóc trước 81 mm
Giảm xóc sau Lò xo trụ
Hành trình giảm xóc sau 82 mm
Giảm chấn sau Loại ống hoạt động một bên
Dung tích bình xăng 6 lít ĐỘNG CƠ Đường kính piston 52.4 mm
Dung tích xy lanh 124.92 cc
Công suất cực đại 8,45 kW kW
Số vòng quay tại công suất cực đại 8500 rpm
Số vòng quay tại mômen cực đại 5000 rpm
Truyền động xupap Hai xupap, SOHC
Hệ thống bôi trơn Bơm ướt, áp suất cưỡng bức
Kiểu bơm dầu Bơm bánh răng
Hệ thống làm mát Làm mát bằng dung dịch
Lọc gió Lọc giấy nhờn
Loại trục cơ Loại lắp ráp
Trọng lượng động cơ khô 22.6
Hệ thống ly hợp Loại nhiều đĩa ma sát, ướt Hệ thống vận hành ly hợp Loại ly tâm tự động
Truyền động 4 số, ăn khớp không đổi
Các chế độ hoạt động của xe hybrid honda lead
Xe được thiết kế để vận hành ở 2 chế độ điện và xăng độc lập nhau, không có sự phối hợp công suất giữa hai chế độ Trong đó, khi chạy ở chế độ dùng điện năng, động cơ đốt trong sẽ được tắt và động cơ điện có vai trò dẫn động bánh trước Khi chạy ở chế độ điện, vận tốc tối đa mà người sử dụng có thể chạy là 40 km/h, không cho phép người sử dụng vượt quá tốc độ ở chế độ này, và xe không tự động chuyển đổi sang chế độ chạy xăng khi người sử dụng yêu cầu vận tốc lớn hơn 40 km/h ở chế độ này
Người sử dụng chỉ có thể chuyển đổi chế độ khi dừng xe, nghĩa là không được phép chuyển đổi chế độ khi xe đang chạy Người sử dụng sẽ chuyển chế độ bằng một công tắc được thiết kế trên xe
Khi người sử dụng chuyển sang chạy ở chế độ dùng xăng thì động cơ điện được tắt hoàn toàn, và lúc này xe sẽ được dẫn động bằng bánh sau người sử dụng có thể chạy ở chế độ xăng ở vận tốc thấp
10 Trên xe sẽ có một đèn led để khuyến cáo người sử dụng nên chuyển chế độ, khi đèn led phát sáng nghĩa là người sử dụng nên chuyển sang chế độ còn lại Xe chỉ khuyến cáo người sử dụng chuyển đổi sang chế độ xăng trong trường hợp xe đang chạy chế độ điện mà hết pin, và chỉ khuyến cáo người sử dụng chuyển sang chế độ sử dụng điện năng khi xe đang chạy ở chế độ xăng mà hết xăng Trong trường hợp, xe đang chạy mà người sử dụng gạt công tắc chuyển chế độ, thì lúc này đèn led này cũng sẽ phát sáng để yêu cầu người sử dụng gạt công tắc quay chở lại hoặc người sử dụng dừng xe để cập nhật chế độ vận hành mới ứng với vị trí công tắc vừa chuyển
Trên xe có một đèn led báo quá tải khi xe chạy ở chế độ sử dụng điện năng
Nếu người sử dụng yêu cầu vận tốc mà ở chế độ này không thể đáp ứng, đèn led báo quá tải sẽ phát sáng để yêu cầu người sử dụng chuyển sang chạy ở chế độ xăng
Trên xe cũng có một loa dùng để phát ra âm thanh báo cho người sử dụng biết khi đèn led khuyến cáo hoặc đèn led quá tải phát sáng Song song đó, một màn hình LCD cũng được bố trí trên xe để thông báo cho người sử dụng vận tốc xe đang chạy, chế độ vận hành hiện tại của xe, và dung lượng pin.
Hiệu suất hoạt động ở chế độ điện năng
Trong đề tài này, nhóm thiết kế đã chọn loại động cơ điện như sau:
Loại động cơ: BLW-16B (BLDC Hub Motor) [29]
Model: BLW-16B Nhà sản xuất: Leaf Motor
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của motor BLW-16B
STT Thông số Giá trị Đơn vị
Hình 2.1 Động cơ BLW-16B (BLDC Hub Motor)
11 Motor BLW-16B (BLDC Hub Motor) được bố trí thay cho bánh trước của xe nền Honda Lead Và motor này được tích hợp trong bánh xe có đường kính 16 inch nên tiện lợi cho việc lắp đặt thay thế bánh trước
Từ đồ thị ở Hình 2.2 được cung cấp bởi hãng sản xuất motor, ta nhận thấy motor cho hiệu suất cao trên 75% khi sử dụng nguồn 48V-1000W ở vận tốc từ 20 đến 40 (km/h) Như vậy Motor BLDC có khả năng cho hiệu suất cao trên 75% khi xe hoạt động ở vận tốc thấp từ 20 đến 40 (km/h)
Hình 2.2 Đồ thị hiệu suất của động cơ điện BLW-16B [35]
Khả năng leo dốc của xe
Trọng lượng bản thân của xe sau cải tạo
G0: trọng lượng bản thân xe nền G0 = 1150 (N) Gm: trọng lượng motor điện sau cải tạo Gm = 120 (N) Gp: trọng lượng của bộ pin và hộp chứa pin, Gp = 416 (N) (tham khảo bảng 2.4 cho khối lượng của pin)
Gbt: trọng lượng của bánh xe trước, Gbt = 50 (N) Ge: trọng lượng của các board mạch, dây điện, tấm đệm giữa pin…, Ge = 50(N)
Thay số liệu vào công thức (2.1) ta có:
12 Xe được thiết kế để có thể chạy được ở chế độ tải 2 người, với khối lượng trung bình mỗi người là 65kg
Vậy tổng trọng lượng xe khi đầy tải là:
Khi leo dốc xe sẽ chịu thêm tải trọng do trọng lực tác dụng lên Để giải quyết vấn đề leo dốc của xe ta sẽ cộng thêm trọng lượng an toàn khi leo dốc cho xe là 5014 (N) Như vậy ta cần phải thiết kế xe có khả năng di chuyển với trọng lượng tối đa là
Gmax = 2986 + 5014 = 8000 (N) Với lực kéo là 8000 (N) ứng với việc motor cần phải cung cấp một torque là
Tmax = Gmax.R = 8000 x 0.4/2 = 1600 (N.m) Trong đó bánh xe motor điện có đường kính là 0.4 m
Căn cứ theo bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của motor điện BLW-16B được nhà sản xuất cung cấp, ta thấy nếu chọn dòng điện tối đa cung cấp cho motor là 9.24 A thì motor sẽ cung cấp một torque là 3360 (N.m) có thể đáp ứng về yêu cầu torque tối đa là 1600 (N.m) Như vậy ta chọn dòng điện tối đa là 9.24 A với Tmax là 3360 (N.m)
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Motor BLW-16B [35]
Thông số kỹ thuật Motor BLW-16B (BLDC Hub Motor): 48V-1000W
13 Kiểm tra khả năng leo dốc của xe:
Khi xe leo dốc với độ dốc là 30 0 , khi ấy lực cản do leo dốc là:
Pi = 2986sin (30 0 ) = 1493 (N) Vậy tổng trọng lượng của xe khi leo dốc lúc này là:
G ’ = G + Pi = 2986 + 1493 = 4479 (N) Lúc này motor cần phải cấp một torque là:
T ’ = G ’ R = 4479.0.2 = 895.8 (N.m) Ở đây ta thấy, vì T ’ < Tmax nên trong trường hợp này xe có khả năng leo dốc với độ dốc 30 0
Thời gian hoạt động của xe ở chế độ điện
Trong đề tài này nhóm thiết kế đã tiến hành chọn loại ắc quy CSBEVX12300 Ắc quy CSBEVX12300 có những đặc điểm như sau:
Hãng sản xuất: CSB BATTERY COMPANY LIMITED Model: CSBEVX12300
Nơi sản xuất: Đài Loan
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của ắc quy CSBEVX12300 Điện áp ắc quy 12V
Kích thước (dài x rộng x cao) 166x125x175 mm
Bảng 2.5 Đặc tính phóng điện của ắc quy CSBEVX12300 [18]
90 MIN 2HR 3HR 4HR 5HR 8HR 10HR 20HR 1.60V 31.2 17.7 12.7 10.3 7.48 6.05 5.03 3.39 2.82 1.61 1.67V 30.6 17.3 12.3 9.94 7.26 5.87 4.9 3.29 2.75 1.58 1.70V 30 16.8 11.9 9.66 7.04 5.7 4.76 3.21 2.68 1.54 1.75V 29.2 16.3 11.6 9.38 6.83 5.54 4.64 3.12 2.61 1.5 1.80V 28.4 15.8 11.3 9.07 6.61 5.37 4.51 3.04 2.53 1.45 1.85V 27.6 15.3 10.9 8.79 6.4 5.21 4.39 2.94 2.46 1.41
14 Để đạt được nguồn điện áp 48V-1000W nhóm thiết kế đã lắp nối tiếp 4 ắc quy CSBEVX12300 có tổng trọng lượng là 416N Căn cứ theo bảng 2.5 – Đặc tính phóng điện của ắc quy do hãng sản xuất cung cấp, ta thấy với dòng điện tối đa mà ta cấp cho motor là 9.24 A (tham khảo mục 2.4) thì nguồn ắc qui có khả năng hoạt động trong 2 giờ
Nguồn pin hiện tại được nhóm chọn dựa trên tiêu chí tiết kiệm kinh phí và có sẵn trên thị trường Việt Nam nhưng vẫn phải đảm bảo về yêu cầu thời gian sử dụng là 2h Về tương lai, nếu có sự đầu tư kinh phí, nhóm sẽ thiết kế nguồn pin Lithium của hãng LeafMotor hoặc hãng JTT Electronics, đây là hai hãng lớn chuyên sản xuất pin dành cho xe máy điện (eBike) Với nguồn pin này sẽ cho ta công suất lớn hơn nhưng khối lượng pin cũng sẽ nhẹ hơn nhiều
LeafMotor JTT Điện áp pin Lithium 48V 48V
Kích thước (dài x rộng x cao) 325x150x84 mm 155x145x225mm
Bố trí chung và mục tiêu điều khiển của xe
Hình 2.3 Bố trí chung của xe sau cải tạo
Với bố trí chung của xe Hybrib Honda Lead, ta thấy các kết cấu truyền động của động cơ đốt trong hầu như không đổi Do đó, đường đặc tính của động cơ đốt trong sau cải tạo sẽ có biên dạng giống với trước cải tạo, nhưng vì khối lượng xe sau cải tạo tăng nên đường đặc tính sẽ có giá trị thấp hơn (tham khảo mục 3.1)
Dây kéo lò xo kết nối giữa tay ga và bướm ga được thay bằng DC servo
4 cục ắc quy ESBEVX12300 được lắp trong cốp xe
Các kết cấu truyền động phía sau không thay đổi
15 Việc thay đổi kết cấu điều khiển bướm ga bằng cách lắp DC servo thay cho dây kéo lò xo sẽ làm ảnh hưởng đến đường đặc tính của động cơ đốt trong Nhưng sự ảnh hưởng này có thể loại bỏ bằng cách ta điều khiển DC servo mô phỏng lại đúng với cách thức hoạt động của bướm ga
Ta thấy, khi người sử dụng kéo tay ga một góc α, thì lúc này bướm ga sẽ ngay lập tức mở một góc α Chính vì vậy để DC servo mô phỏng lại đúng cách thức hoạt động của bướm ga, thì DC servo cần phải được điều khiển đáp ứng nhanh để khi người sử dụng kéo tay ga thì bướm ga sẽ được mở tức thì một góc tương ứng Và ở đây, bộ điều khiển PID sẽ được sử dụng cho yêu cầu này, nhưng chú ý ở đây là quá trình điều khiển không được có độ vọt lố (để đảm bảo lượng xăng không được bơm quá nhiều khiến xe tăng tốc đột ngột gây mất an toàn cho người sử dụng) Đối với motor điện được lắp ở bánh trước, quá trình điều khiển của motor này sẽ hướng tới mục tiêu mô phỏng lại đường đặc tính gia tốc giống với động cơ đốt trong sau cải tạo để tạo cho người sử dụng cảm giác lái tương đồng ở hai chế độ Chú ý rằng, đường đặc tính gia tốc quyết định cảm giác lái của người sử dụng
Do xe Lead có ưu điểm là cốp xe rộng, nên 4 cục ắc quy được lắp vừa cốp xe.
Các thông số kích thước và trọng lượng của xe
Vì động cơ điện BLW-16B (BLDC Hub Motor) được lắp đặt ở bánh trước, không thay đổi gì đến cơ cấu truyền động của xe trước cải tạo (xe truyền động bánh sau), cộng với việc động cơ điện điện tích hợp trong bánh xe với kích thước 16 inch bằng với với kích thước bánh xe trước, nên kích thước chung của xe không thay đổi sau khi cải tạo (tham khảo bảng 2.1 Thông số kỹ thuật xe Honda Lead)
2.7.2 Thông số về trọng lượng của xe sau cải tạo
Như đã trình bày ở mục 2.4, trọng lượng của xe sau cải tạo khi ở chế độ đầy tải là 2986 (N)
Chương này đã giới thiệu các thông số kỹ thuật của xe, cách thức hoạt động của xe Đối với khả năng leo dốc như đã trình bày, giải pháp hiện tại của đề tài là bao phủ tải an toàn cho xe, nghĩa là khi xe leo dốc, ta không quan tâm đến độ dốc của xe là bao nhiêu, chỉ quan tâm đến tải thêm vào do trọng lực tác dụng lên xe, và nếu như tổng trọng lượng của xe mà nhỏ hơn tải an toàn thì xe sẽ leo được lên dốc đó Với sản phẩm này, ta sẽ không chịu trách nhiệm về việc xe không leo dốc được nếu như tổng trọng lượng của xe lớn hơn tải an toàn Với Thiết kế như vậy, xe sẽ không cần phải lắp thêm bất kỳ cảm biến xác định độ dốc nào khác, vì bài toán này đã được giải quyết dưới góc
16 nhìn tải trọng Với động cơ điện đã chọn lựa, cho ta hiệu suất sử dụng năng lượng là trên 75% trong phạm vi vận tốc 20 ÷ 40 km/h, đây là khoảng vận tốc mà ta hay dùng khi lưu thông trong thành phố, hiệu suất này lớn hơn việc vận hành bằng động cơ đốt trong (tối đa là 30%) Việc bố trí động cơ điện, nguồn ắc quy, các bản mạch không làm thay đổi kích thước chung của xe, nhưng tải trọng của xe thì tăng Việc tải trọng tăng lên này có làm thay đổi khả năng chịu tải 2 người của xe khi chạy ở chế độ xăng hay không? Vì vấn đề này sẽ ảnh hưởng đến tính thương mại của sản phẩm Chúng ta cần đảm bảo rằng, sản phẩm này khi chịu tải 2 người vẫn có khả năng gia tốc, di chuyển như bình thường Vấn đề này sẽ được trình bày ở chương sau
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA XE
Đặc tính gia tốc động cơ đốt trong
Sự khác biệt giữa xe hybrid với các loại xe đạp điện là động cơ điện của xe hybrid được điều khiển theo đường đặc tính gia tốc Với các loại xe đạp điện, tốc độ của động cơ điện được điều khiển tỉ lệ thuận với góc kéo tay ga, nghĩa là khi ta kéo ga 100% thì tốc độ động cơ đạt giá trị lớn nhất, nếu như kéo ở vị trí 50% thì tốc độ còn phân nửa, v…v… Việc điều khiển như thế này sẽ sinh ra một gia tốc lớn do vận tốc có thể tăng cao trong một khoảng thời gian ngắn, mà khiến cho người dùng không kịp thích nghi với sự thay đổi gia tốc này Ví dụ: Khi người sử dụng điều khiển một chiếc xe đạp điện, xe đang ở vận tốc 5km/h, đột nhiên người sử dụng kéo tay ga 100%, thì ngay lúc này động cơ điện sẽ đáp ứng với vận tốc tối đa (khoảng 30 km/h cho xe đạp điện) Ta thấy ở đây, do vận tốc thay đổi đột ngột trong trường hợp này, người sử dụng không kịp thích nghi nên rất dễ gây tai nạn trong khi lưu thông Ngược lại, với xe hybrid, khi xe đang ở vận tốc 5km/h mà người sử dụng kéo tay ga 100%, thì lúc này động cơ điện sẽ thay đổi gia tốc theo từng vị trí vận tốc hiện tại của xe, cho tới khi nào xe đạt được giới hạn vận tốc của nó Ta thấy trong trường hợp này, vận tốc của xe được tăng theo từng nấc, đủ thời gian để cho người sử dụng thích nghi với tốc độ mới của xe Để xe Hybrid làm được điều này thì gia tốc của xe phải được thay đổi theo vận tốc hiện tại và vị trí tay ga (đây cũng chính là nguyên lý hoạt động củ động cơ đốt trong) Và đây là lý do ta cần xây dựng lại đường đặc tính gia tốc của động cơ đốt trong Vì đường đặc tính gia tốc này sẽ được dùng làm mục tiêu điều khiển cho động cơ điện, nhằm mục đích tạo cảm giác lái tương đồng cho cả hai chế độ
Hình 3.1 Đồ thị gia tốc động cơ đốt trong của xe Hybrid
Trước cải tạoSau cải tạo
18 Đường đặc tính gia tốc quyết định cảm giác tốc độ trong khi lái của người sử dụng Do trọng lượng của xe sau khi cải tạo lớn hơn xe trước cải tạo nên đường đặc tính sau cải tạo có giá trị thấp hơn trước cải tạo (xem Hình 3.1) Nguyên nhân này là do trọng lượng tăng lên của xe làm thay đổi tỉ sồ truyền của hộp số vô cấp Tỉ số truyền của hộp số vô cấp sẽ tự động thay đổi, người sử dụng không thể can thiệp vào giống như xe số Tỉ số truyền giảm đi khiến cho vận tốc bánh xe sau nhận được sẽ giảm đi Đồ thị Hình 3.1 được nhóm thiết kế kiểm tra trên băng thử với chế độ tải hai người (tương ứng với việc thêm vào xe 1300N) và góc kéo tay ga là 100%, chỉ kiểm tra trong khoảng vận tốc từ 0 đến 60 km/h Và kết quả cho thấy, xe sau cải tạo khi chạy ở chế độ động cơ đốt trong vẫn đảm bảo được đặc tính chịu tải như xe trước cải tạo (nghĩa là xe vẫn có thể gia tốc được ở chế độ tải 2 người) Do độ chênh lệch giữa hai đường đặc tính không nhiều (dưới 6%) nên cảm giác lái hầu như là không có sự chênh lệch nhiều.
Đặc tính lực kéo động cơ đốt trong
Trên thực tế lực kéo của xe, cũng ảnh hưởng đến cảm giác lái của người sử dụng Vì nếu xét trên cùng vận tốc, nếu như xe vận hành với mô-men lớn hơn thì người sử dụng sẽ cảm giác xe ì hơn Điều này dễ thấy nhất trên các dòng xe số, với cùng một điểm vận tốc, nếu như ta chạy ở số thấp hơn thì sẽ cảm giác xe nặng hơn rất nhiều Và đây cũng là lý do, ta cần phải quan tâm đến đường đặc tính lực kéo của xe Đường đặc tính lực kéo của xe sẽ phản ánh cho ta được 2 điều:
Đặc tính chịu tải của xe (như mục tiêu đã đề ra, xe phải có khả năng chịu tải 2 người)
Phản ánh cảm giác lái của xe (đường đặc tính sau cải tạo càng gần với đường trước cải tạo thì cảm giác lái trước và sau cải tạo sẽ càng tương đồng nhau) Đồ thị Hình 3.2, được nhóm thiết kế kiểm tra trên băng thử bằng cách tăng dần tải trọng của con lăn được đặt tiếp xúc với bánh xe sau Con lăn này thực chất là một motor điện được cấp torque để tạo tải trọng Khi tải trọng của con lăn tăng lên, nó sẽ có xu hướng ghì bánh xe sau lại Để bánh xe sau có thể quay được thì nó phải thắng được tải trọng của con lăn Từ đồ thị Hình 3.2, ta thấy lực kéo của xe trước cải tạo tăng nhanh chóng trong khoảng vận tốc từ 0 ÷ 10 km/h, quá trình tăng lực kéo này là để xe thắng được lực ma sát lăn và tăng tốc cho xe với giá trị lực kéo tối đa là 1152N (xem bảng 3.1) Giai đoạn từ 10 ÷ 60 km/h, lúc này xe đã có trớn vận tốc, tỉ số truyền của hộp số vô cấp cũng sẽ tăng lên, nên lực kéo yêu cầu không cần cao, chính vì vậy mà lực kéo của xe sẽ giảm dần theo vận tốc, và giữ ở một mức cố định
19 Hình 3.2 Đường đặc tính lực kéo động cơ đốt trong của xe Hybrid
Bảng 3.1 cho ta thấy lực kéo của xe sau cải tạo bị giảm xuống Lý do giảm này là vì, cùng với một torque mà động cơ đốt trong cấp cho xe, xe sau cải tạo phải giải quyết một lực ma sát lăn lớn hơn (do khối lượng xe tăng), chính vì vậy mà lực kéo để gia tốc cho xe sẽ giảm xuống Từ giai đoạn 0 ÷ 10 km/h, lực kéo của xe sau cải tạo bị giảm với một lượng lớn (99.85 N), lý do là vì, khi ở vận tốc thấp, tỉ số truyền của xe thấp, cộng với lực ma sát lớn, nên lực kéo để tăng tốc xe trong khoảng này giảm mạnh
Khi vận tốc tăng dần, sự ảnh hưởng của lực ma sát giảm dần, cộng với việc tỉ số truyền tăng theo nên độ sai lệch của lực kéo cũng sẽ giảm theo
Bảng 3.1 Bảng so sánh lực kéo trước và sau cải tạo
Lực kéo Pk (N) trước cải tạo
Lực kéo Pk (N) sau cải tạo
Trước cải tạoSau cải tạo
Xây dựng đặc tính lực kéo của động cơ điện
Ở phần này sẽ trình bày, đường đặc tính của xe trước khi tối ưu hóa, phương pháp tối ưu hóa đường đặc tính để tăng thời lượng sử dụng pin, và đường đặc tính của xe sau khi tối ưu hóa Ở mục 2.4 đã trình bày khả năng leo dốc của xe ở chế độ điện năng, trong đó có chọn dòng điện tối đa cấp cho xe là 9.24 A (cung cấp lực kéo 16800N khá lớn so với đường đặc tính động cơ đốt trong) Việc giới hạn dòng điện tối đa này chỉ nhằm đảm bảo thời lượng pin sử dụng là 2 giờ và giúp xe leo dốc khi tải trọng của xe tăng do leo dốc Nhưng trên thực tế, khi xe chạy đường bằng, thì lực cản của xe thấp hơn nhiều
Vì vậy khi xe chạy đường bằng ta có thể giảm lực kéo để tối ưu hóa nguồn pin Để xe có thể di chuyển và tăng tốc, thì động cơ điện cần cấp cho xe một lực để thắng các lực cản như sau:
F = Ff + Fw + Fi + Fj (3.1) Trong đó:
F : Lực kéo mà động cơ điện cần cấp cho xe [N]
Ff : Lực cản ma sát lăn [N]
Fw : Lực cản của gió [N]
Fi : Lực cản leo dốc [N], với Fi = G Sin(i),
Sin(i) : Độ dốc G : Tổng trọng tải của xe Fj : Lực cản tăng tốc xe [N]
Phương trình (3.1) được biến đổi lại như sau:
Fi + Fj = F – (Ff + Fw) (3.2) Để giải quyết bài toán tối ưu hóa cho pin, ta cần xem lực cản do leo dốc và lực cản tăng tốc là lực dự trữ
Bảng 3.2 là bảng thông số lực cản mà nhóm thiết kế xác định được bởi các công thức (3.4), (3.5) sau:
Ga = 298.6 kg: Trọng lượng xe f = 0.018 : Hệ số cản lăn K = 0.5 : Hệ số cản không khí S = 0.4 : Diện tích cản không khí v : vận tốc của xe
Bảng 3.2 Thông số lực cản và kéo của xe Hybrid Honda Lead
Lực cản lăn trên đường bằng Ff
Tổng lực cản tác dụng khi quy về trọng tâm
Lực kéo động cơ điện cấp 1 (N)
Lực kéo động cơ điện cấp 2 (N)
Lực kéo động cơ điện cấp 3 (N)
60 52.38 55.56 107.94 500 1500 2500 Để tối ưu hóa nguồn pin, ta chọn lực kéo thay đổi theo từng cấp như bảng 3.2
Ta vẽ được đường đặc tính lực kéo động cơ điện được tối ưu hóa khi chạy trên đường bằng như Hình 3.3
Từ Hình 3.3 ta thấy, hiệu giữa hai đường đặc tính lực kéo và lực cản chính là lực dự trữ Khi xe chạy trên đường bằng, xe cần giữ một lực dự trữ để dùng khi phải leo dốc đột ngột hoặc khi tăng tốc đột ngột Để tối ưu nguồn pin, trong quá trình cấp lực kéo cho động cơ điện, ta sẽ tiến hành cấp lực kéo từ cấp thấp nhất (cấp 1), nếu ở cấp 1 mà lực kéo vẫn chưa đủ, ta sẽ nâng lên cấp cao hơn (cấp 2) Và ở cấp cao nhất (cấp 3), cung cấp cho động cơ điện lực kéo lớn nhất (15000N) Việc phân cấp lực kéo
22 này giúp cho xe giữ một lực dự trữ đủ dùng, không quá dư thừa trong quá trình vận hành
Hình 3.3 Đồ thị lực kéo của động cơ điện Ở chương này đã trình bày đường đặc tính của gia tốc và lực kéo của động cơ đốt trong, nhằm đảm bảo rằng xe sau cải tạo không làm thay đổi đặc tính của chế độ chạy xăng Song song đó, chương này cũng đã trình bày giải pháp xây dựng đường đặc tính của lực kéo sao cho lực dự trữ trong quá trình vận hành là không quá lớn, nhằm tối ưu hóa nguồn pin, giúp pin sử dụng được trong khoảng thời gian lâu hơn
Hiện tại luận văn vẫn chưa đi vào chạy thực nghiệm xe Hybrid nên giải pháp phân cấp lực kéo của xe không được triển khai trong luận văn này, mà giải pháp này xin được phép để ở hướng phát triển tương lai của đề tài Hiện tại, đề tài chỉ hướng đến phương pháp tải an toàn cho xe, nghĩa là chỉ cấp một đường lực kéo để đảm bảo xe luôn có khả năng leo dốc ở chế độ tải 2 người với độ dốc tối đa là 30 0 Ở chương sau, luận văn sẽ trình bày các giải thuật điều khiển xe hybrid honda lead Giải thuật chuyển đổi chế độ của xe sẽ được đề cập ở chương sau, cũng như giới thiệu giải pháp chuyển đổi chế độ tự động mà sẽ thực hiện trong hướng phát triển tương lai của đề tài Đối với xe Hyrib, cần phải có một giải thuật bảo vệ động cơ trong trường hợp quá tải, ý tưởng của giải thuật này sẽ được trình bày ở chương sau Ở chương sau sẽ đề cập đến phương pháp điều khiển mới, đó là dùng bản đồ (map) để nội suy giá trị gia tốc, từ giá trị gia tốc này sẽ xác định được vận tốc yêu cầu của người sử dụng Ba giải thuật trên là ba giải thuật nổi bật của luận văn này, song song đó, luận văn cũng đề cập đến những giải thuật cơ bản như điều khiển bướm ga bằng PID, giải thuật khuyến cáo của xe
Lực kéo động cơ điện cấp 1 Tổng lực cản Lực kéo động cơ điện cấp 2 Lực kéo động cơ điện cấp 3
THIẾT KẾ GIẢI THUẬT
Hệ thống điều khiển của xe
Xe sẽ gồm một bộ điều khiển trung tâm gọi tắt là PMS (Power Management System) Bộ điều khiển này sẽ có chức năng điều khiển nguồn cấp cho xe, quyết định khi nào cấp nguồn cho động cơ điện và khi nào cấp xăng cho động cơ đốt trong Đồng thời bộ PMS này cũng sẽ xác định trạng thái của pin và xăng để đưa ra các khuyến cáo cho người sử dụng bộ PMS cũng sẽ xác định trạng thái quá tải để bảo vệ động cơ điện và khuyến cáo người sử dụng chuyển sang chạy chế độ dùng xăng (xem Hình 4.1)
Hình 4.1 Sơ đồ phân bố các bộ điều khiển của xe
Sau khi PMS xác định chế độ chạy hiện tại, nó sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển tương ứng và tắt bộ điều khiển còn lại Ở Hình 4.1, bộ điều khiển công suất 1 được kích hoạt khi xe vận hành ở chế độ chạy điện Bộ điều khiển này có chức năng điều khiển động cơ điện dựa trên tín hiệu vận tốc yêu cầu nhận được từ PMS Ắc quy sẽ đóng vai trò cấp nguồn cho bộ điều khiển này để điều khiển động cơ điện Khi xe được xác định chạy ở chế độ dùng xăng, thì bộ điều khiển công suất 2 sẽ được kích hoạt Bộ điều khiển này có vai trò điều khiển DC servo để mở bướm ga Như đã trình bày ở mục 2.6, thuật toán PID sẽ được sử dụng để điều khiển DC servo này
Tổng quan về giải thuật
Hình 4.2 Lưu đồ tổng quan của giải thuật
25 Từ Hình 4.2 – Lưu đồ tổng quan của giải thuật, ta có thể thấy chương trình trong xe chạy như thế nào Bắt đầu chương trình (là lúc bộ điều khiển được cấp nguồn), khóa xe sẽ được kiểm tra là có đang bật hay không Bộ điều khiển chỉ thực thi khi có điều kiện khóa xe đang bật, ngược lại thì chương trình không làm gì cả
Khi khóa xe đã được bật, chương trình tiến hành xác định chế độ vận hành của xe dựa trên công tắc (tham khảo lại mục 2.2 cho công tắc) Một message Hyb_stMode (tham khảo mục 4.3 cho định nghĩa message) sẽ được thiết lập cho chế độ vận hành của xe Nếu chương trình xác định được, chế độ vận hành của xe là sử dụng điện năng (Hyb_stMode = 1), thì sẽ tiến hành điều khiển động cơ điện, còn ngược lại là sử dụng xăng (Hyb_stMode = 0), sẽ tiến hành điều khiển bướm ga Trong quá trình điều khiển động cơ điện hay bướm ga, chương trình cũng sẽ thường xuyên cập nhật và hiển thị những giá trị về tốc độ xe, chế độ hiện hành, và dung lượng pin cho người sử dụng
Trong quá trình chạy, xe cũng sẽ thường xuyên kiểm tra tình trạng pin và xăng để xác định chế độ khuyến cáo người sử dụng Chế độ khuyến cáo được xác định thông qua message Hyb_stNxtMode Nếu chế độ khuyến cáo mà khác chế độ xe đang chạy, thì chương trình sẽ tiến hành thông báo cho người dùng chuyển chế độ, còn ngược lại, thì xe tiếp tục qui trình điều khiển ở vị trí kiểm tra khóa xe.
Định nghĩa về các tham số trong chương trình
Là một biến được qui định các chức năng nhận (receive) và gửi (send) thay cho 2 chức năng thông thường là đọc/ghi (read/write) Vì chương trình của ta sẽ có nhiều tiến trình chạy song song nhau nên qui định này sẽ giúp ta tránh được các lỗi chồng chập trong quá trình đọc ghi dữ liệu
Mặt khác, sai số của một hệ thống có thể xuất phát từ nhiều nguồn: chương trình, sai số cơ khí, encoder, v v Trong luận văn này sẽ đảm trách việc kiểm soát sai số của chương trình, đảm bảo các sai số của chương trình không phải là sai số ngẫu nhiên Chính vì vậy mà một message sẽ đi kèm thêm 3 thuộc tính sau: giá trị vật lý (physical value), giá trị nội (internal value), và độ phân giải của message (resolution)
Ba đại lượng này có mối liên hệ với nhau bởi công thức bên dưới:
[Physical value] = [Internal value] x [resolution]
Các thuộc tính của message sẽ được trình bày ở phần PHỤ LỤC 1
Là một hằng số được lưu trong vùng nhớ ROM, và có thể thay đổi trong quá trình chương trình đang chạy Qui định này sẽ giúp cho ta dễ dàng hiệu chỉnh chương trình mà không cần phải sửa code và nạp lại cho vi điều khiển
Giải thuật xác định chế độ vận hành của xe
Các dòng xe Hybrid trên thế giới, được thiết kế sao cho khi vận tốc xe tăng quá giới hạn của động cơ điện thì xe sẽ tự động chuyển sang chế độ sử dụng xăng, hoặc khi xe giảm vận tốc trong khả năng mà động cơ điện có thể đáp ứng được thì xe sẽ chuyển từ xăng sang điện Để thực hiện được chức năng này, xe cần có chức năng đồng bộ hóa giữa hai chế độ Chức năng đồng bộ hóa này diễn ra như sau:
Khi xe tăng tốc vượt quá 40 km/h thì lúc này phần trăm torque cung cấp từ động cơ điện sẽ giảm từ 100% xuống 99% Với việc giảm này sẽ không làm ảnh hưởng đến cảm giác lái của người sử dụng Nhưng đổi lại, 1% torque được giảm từ động cơ điện sẽ được chuyển sang cho động cơ đốt trong, nghĩa là, lúc này động cơ đốt trong có nhiệm vụ cung cấp 1% torque này cho xe
Mục đích của việc yêu cầu torque từ động cơ đốt trong là giúp xe thực hiện quá trình đánh lửa Sau khi quá trình đánh lửa này hoàn tất thành công, thì quá trình chuyển giao torque từ động cơ điện sang xăng được tiến hành, nghĩa là torque cấp từ động cơ điện sẽ giảm dần, và torque cấp từ xăng sẽ tăng dần, cho đến khi nào động cơ đốt trong đảm nhận việc cung cấp torque cho xe 100%, thì quá trình chuyển đổi chế độ được hoàn tất
Quá trình đồng bộ này được thực hiện tương tự cho trạng thái chuyển từ động cơ xăng sang động cơ điện Ở đây, nếu như quá trình đánh lửa thất bại, thì khi ấy xe sẽ phát ra tín hiệu thông báo lỗi, và tiếp tục vận hành xe ở chế độ điện năng
Chuyện gì xảy ra nếu như không có quá trình đồng bộ chế độ này?
Nếu như khi xe chuyển từ chế độ sử dụng điện năng sang sử dụng động cơ xăng mà không có quá trình đồng bộ, thì nghĩa là lúc này động cơ điện được tắt ngay lập tức, và động cơ xăng được khởi động ngay tức thì Nhưng ở đây, để khởi động động cơ đốt trong, chúng ta mất một khoảng thời gian để đánh lửa Như vậy nghĩa là, vận tốc xe sẽ bị giảm sau khi tắt động cơ điện Và khi quá trình đánh lửa hoàn tất, thì lúc này, do người dùng đang giữ tay ga ở góc ga khá lớn, dẫn đến vận tốc của xe sẽ tăng lên đột ngột, và điều này sẽ gây mất an toàn cho người sử dụng (xem Hình 4.3 – minh họa hiện tượng xảy ra khi chuyển đổi chế độ mà không có chức năng đồng bộ)
27 Hình 4.3 Minh họa xe chuyển chế độ đột ngột
Hiện tại nhóm thiết kế vẫn chưa triển khai chức năng đồng bộ này lên xe hybrid honda lead, và mục tiêu đặt ra cho đề tài này là thiết kế hai chế độ vận hành độc lập nhau (như đã trình bày ở mục 2.2) Chức năng tự động thay đổi chế độ sẽ được quan tâm đến ở hướng phát triển tương lai của đề tài Khi hai chế độ vận hành độc lập nhau, nghĩa là xe chỉ chuyển đổi chế độ khi có yêu cầu từ người sử dụng, nhưng để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, xe chỉ thực hiện chuyển chế độ khi vận tốc xe bằng 0 Và khi chạy ở chế độ điện năng, ta chỉ cho phép người sử dụng chạy với vận tốc tối đa là 40 km/h, nếu như trong trường hợp này mà người sử dụng yêu cầu vận tốc lớn hơn 40 km/h thì ta không đáp ứng (xem mục 4.6 – giải thuật điều khiển động cơ điện)
Từ Hình 4.4 cho ta biết rõ hơn về cách thức xe xác định chế độ vận hành Chế độ vận hành của xe sẽ được cập nhật bởi vị trí công tắc mà được thể hiện qua message Hyb_stSwt Khi công tắc gạt về vị trí chạy ở chế độ điện năng, message Hyb_stSwt sẽ được thiết lập là 1, còn ngược lại, nó sẽ được thiết lập là 0
Hình 4.4 Giải thuật xác định chế độ vận hành của xe Vận tốc hiện tại của xe được thể hiện thông qua message Veh_v Và như đã trình bày ở mục 4.2, bộ điều khiển chỉ thực thi khi có điều kiện khóa xe đang bật, và
28 message T15_st được sử dụng để xác định vị trí khóa xe Nếu khóa xe đang bật, thì T15_st sẽ được thiết lập là 1
Như vậy, nếu vận tốc xe bằng 0 và vị trí khóa xe đang bật được thỏa mãn, thì chế độ vận hành của xe sẽ được cập nhật lại bằng vị trí hiện tại của công tắc, còn ngược lại thì giữ nguyên trạng thái đang vận hành
Giải thuật trên đã được triển khai mô phỏng trên Matlab để kiểm tra trạng thái cập nhật của chế độ vận hành
Hình 4.5 Đồ thị mô phỏng chế độ vận hành của xe
Hình 4.6 Đồ thị mô phỏng tín hiệu tốc độ xe
29 Hình 4.7 Đồ thị mô phỏng tín hiệu công tắc
Ta thấy trạng thái cập nhật chế độ của message Hyb_stMode là đúng với kết quả mong đợi Giai đoạn từ 0 – 1.5s, tốc độ xe bằng 0 (Hình 4.6), trong khoảng thời gian này, ta chuyển vị trí công tắc (Hình 4.7), chế độ vận hành được cập nhật đúng với vị trí của công tắc (Hình 4.5) Từ giai đoạn 1.5 – 6.5s, xe có vận tốc, trong khoảng thời gian này, mặc dù vị trí công tắc được thay đổi nhiều lần, nhưng trạng thái của chế độ vận hành vẫn giữ như cũ Từ giai đoạn 6.5 – 10s trở đi, vận tốc xe bằng 0, chế độ vận hành lại tiếp tục được cập nhật bởi vị trí công tắc
Sơ đồ mô phỏng chức năng này trên Matlab được trình bày bên dưới:
Hình 4.8 Mô hình mô phỏng chế độ vận hành của xe Hình 4.8 được xây dựng lại theo đúng nguyên lý của giải thuật xác định chế độ vận hành
30 Hình 4.9 Mô hình mô phỏng vận tốc của xe Hình 4.9 được xây dựng đúng theo giải thuật xác định vận tốc của xe
Hình 4.10 Mô hình mô phỏng trạng thái công tắc
Mô hình mô phỏng trạng thái công tắc ở Hình 4.10, ta sử dụng 1 calibration Hyb_stSwt_C để thay đổi trạng thái công tắc khi chạy mô phỏng.
Xác định trạng thái quá tải của động cơ điện
Như đã trình bày ở mục 2.2, xe có thêm chức năng báo quá tải để bảo vệ động cơ điện Ta thấy rằng khi xe bị quá tải, tức là torque cần thiết để kéo xe tăng lên, và việc thay đổi torque đột ngột sẽ khiến cho vận tốc xe giảm xuống Lợi dụng đặc tính này, ta thiết kế thuật toán xác định trạng thái quá tải như Hình 4.11
Hiện tượng báo quá tải ở đây được định nghĩa là xe không thể đáp ứng được vận tốc yêu cầu trong thời gian cho phép
Hình 4.11 Giải thuật xác định trạng thái quá tải của động cơ điện Hình 4.11 cho ta biết rõ hơn về giải thuật này Nếu vận tốc hiện tại của xe (Veh_v) mà nhỏ hơn vận tốc được yêu cầu (Veh_vReq) ở lần tính toán trước, thì
31 chương trình sẽ cho xe một khoảng thời gian là 1000 ms để đáp ứng vận tốc yêu cầu
Nếu sau 1000 ms mà xe không đáp ứng được vận tốc yêu cầu, thì xác định xe đang ở trạng thái quá tải (EMotor_stOvrLoad = 1) Ngược lại, thì xe đủ khả năng đáp ứng (EMotor_stOvrLoad = 0)
Lưu ý rằng, chế độ báo quá tải chỉ có tác dụng khi xe đang chạy ở chế độ điện năng, vì khi ở chế độ dùng xăng vận tốc yêu cầu của xe được thiết lập là 0
Giải thuật điều khiển động cơ điện
Như đã trình bày ở mục 2.2, vận tốc giới hạn của động cơ điện là 40km/h, điều này nghĩa là khi xe ở vận tốc 40 km/h, nếu người dùng vẫn tiếp tục tăng ga, thì gia tốc trong trường hợp này được gán là 0 Khi xe tăng tốc, quá trình tăng tốc sẽ phải trải qua nhiều nấc thang vận tốc Ví dụ: xe đang ở vận tốc là 0 km/h, lúc này người dùng kéo tay ga 100%, trong trường hợp này ta không được tăng tốc lên tối đa ngay lập tức, vì điều này sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng Trong trường hợp này gia tốc sẽ được tăng từ từ theo bảng 4.1 Điều này sẽ giúp cho người sử dụng thích nghi được với vận tốc thay đổi của xe
Trong trường hợp khi xe giảm tốc thì, lúc này gia tốc của xe cũng sẽ được giảm theo từng vị trí tốc độ theo như bảng 4.1, để đảm bảo xe không gây ra gia tốc quán tính gây mất an toàn cho người sử dụng Để điều khiển động cơ điện, trước tiên chương trình cần phải xác định vận tốc yêu cầu từ người sử dụng Vận tốc yêu cầu được thể hiện bởi message Veh_vReq Đây là vận tốc mà động cơ điện cần phải đạt được căn cứ theo yêu cầu tay ga của người sử dụng và vận tốc hiện tại của xe (xem Hình 4.12)
Hình 4.12 Giải thuật xác định vận tốc yêu cầu
Việc xác định vận tốc yêu cầu chỉ thực hiện khi xe ở chế độ chạy điện (Hyb_stMode = 1) và không có tín hiệu hãm phanh (Rtdt_st = 0) Không thỏa mãn hai điều kiện này, vận tốc yêu cầu cho động cơ điện sẽ được gán là 0 (Hình 4.12)
Dễ dàng thấy được, vận tốc yêu cầu sẽ bằng vận tốc hiện tại (Veh_v) cộng thêm gia tốc yêu cầu Gia tốc yêu cầu được thể hiện bởi message EMotor_aAcc Nhưng vì
32 đơn vị gia tốc yêu cầu là m/s 2 , mà vận tốc yêu cầu là km/h nên ta cần một phép toán chuyển đổi như sau:
Veh_vReq = Veh_v + EMotor_aAcc × 36
Như đã trình bày mục tiêu điều khiển động cơ điện ở mục 2.6, gia tốc yêu cầu của động cơ điện được xây dựng dựa trên đồ thị đặc tính của động cơ đốt trong sau cải tạo (xem Hình 3.1) để đảm bảo cảm giác lái tương đồng giữa hai chế độ Ở Hình 3.1 là đồ thị đặc tính được xây dựng ở phần trăm góc kéo tay ga là 100%, với các vị trí tay ga khác ta chỉ việc lấy theo tỉ lệ Để xây dựng đường đặc tính gia tốc cho động cơ điện, ta sử dụng “map”
EMotor_aAcc_MAP, với đối số đầu vào là phần trăm góc kéo ga (Acc_r) và vận tốc hiện tại (Veh_v), đối số đầu ra là gia tốc yêu cầu (EMotor_aAcc) Map này hiện tại được chọn với kích thước là 9x6, với giá trị map như thể hiện ở bảng 4.1
Bảng 4.1 Bảng giá trị của EMotor_aAcc_MAP
Bảng giá trị của map được chọn lựa bằng việc nội suy từ Hình 3.1 và điều chỉnh lại ở vị trí Veh_v = 40 km/h để phù hợp với đặc tính giới hạn tốc độ của xe Khi xe tăng tới vận tốc 40km/h thì chương trình sẽ không cho phép gia tốc thêm nữa cho dù người dùng có kéo thêm ga Ở giải thuật trên, Phần trăm góc kéo tay ga được tính dựa trên tỉ lệ vị trí góc kéo tay ga của người dùng Hyb_degAcc tới góc kéo tối đa (90 0 ) (Hình 4.13)
Hình 4.13 Giải thuật xác định phần trăm góc kéo ga Vận tốc hiện tại của xe Veh_v sẽ được xác định dựa trên số vòng quay của bánh trước EMotor_nSpeed Ta có vận tốc của xe Veh_v được tính bởi công thức sau:
33 Veh_v = EMotor_nSpeed × π × D × 10 × 60 Trong đó:
- Veh_v : vận tốc của xe [km/h]
- EMotor_nSpeed : số vòng quay trong 1 phút [rpm]
- D : đường kính bánh trước 16 inch = 0.40m Thế số vào ta được:
Từ công thức trên ta xây dựng được thuật toán tính toán vận tốc hiện tại như Hình 4.14
Hình 4.14 Giải thuật xác định vận tốc hiện tại của xe
Trong giải thuật trên, số vòng quay của động cơ điện được xác định dựa trên số lượng xung đọc được từ cảm biến Hall EMotor_nSen là số lượng xung bắt được trong khoảng thời gian 100ms Vì vậy vận tốc vòng quay trong 1 phút của bánh xe EMotor_nSpeed sẽ được xác định bằng công thức sau:
Từ công thức trên ta xây dựng được thuật toán xác định tốc độ động cơ điện như Hình 4.15
Hình 4.15 Giải thuật xác định số vòng quay của xe Nhóm thiết kế đã tiến hành mô phỏng trên matlab để kiểm chứng tính khả thi của giải thuật
34 Từ Hình 4.16 ta có nhận xét rằng, đồ thị trên cho đường đặc tính khá thô so với Hình 3.1 Tương lai chúng ta cần phải tăng kích thước của map lên 30x20 để đồ thị nhuyễn hơn Ở đây, bản chất của việc xây dựng map chính là chúng ta chia nhỏ đồ thị ra để tuyến tính hóa nó, vì vậy độ chính xác của phép toán phụ thuộc vào kích thước map, nếu kích thước map càng lớn thì độ chính xác càng tăng
Từ vận tốc yêu cầu được xác định, đại lượng này được sử dụng để xác định dòng điện và điện áp cần cấp cho motor là bao nhiêu Dòng điện được thay đổi dựa trên việc thay đổi xung PWM, điện áp được thay đổi qua mạch chỉnh áp Dòng điện sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới torque của động cơ điện, khi dòng tăng thì torque sẽ tăng theo, điện áp ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ của động cơ điện, khi điện áp tăng thì tốc độ cũng sẽ tăng theo Dựa trên nguyên lý này mà ta có thể dễ dàng xác định được dòng và áp theo vận tốc yêu cầu và nhu cầu về torque
Hình 4.16 Đồ thị so sánh gia tốc mô phỏng của motor và ICE trước cải tạo Sơ đồ mô phỏng chức năng này trên Matlab được trình bày bên dưới:
Hình 4.17 Mô hình mô phỏng gia tốc của xe
Vận tốc (km/h) động cơ điện động cơ đốt trong
35 Hình 4.17 được xây dựng theo đúng nguyên lý của giải thuật điều khiển động cơ điện
Giải thuật điều khiển bướm ga
Bản chất của việc điều khiển bướm ga lúc này là điều khiển DC servo với mục tiêu điều khiển là đáp ứng nhanh (tham khảo mục 2.6), và quá trình điều khiển không được có độ vọt lố (để đảm bảo lượng xăng không được bơm quá nhiều khiến xe tăng tốc đột ngột gây mất an toàn cho người sử dụng) Chính vì vậy bộ PID được sử dụng cho việc xác định xung PWM (bài toán điều khiển vị trí DC servo được điều khiển qua xung cấp PWM)
Như đã trình bày ở mục 2.6, nguyên lý hoạt động của bướm ga trước khi cải tạo là đáp ứng vị trí của tay ga ngay tức thời, nghĩa là tốc độ đáp ứng của bướm ga càng nhanh càng tốt Nhưng vì do giới hạn hàm thực thi cho chức năng này sẽ thực thi trong chu kỳ là 100ms, nghĩa là sau 100ms thì giá trị PWM mới được cập nhật, và vì vậy thời gian đáp ứng của bộ điều khiển PID này phải lớn hơn 100ms.Nhưng để cho người sử dụng không cảm nhận được độ trễ của hệ thống, ta sẽ chọn thời gian đáp ứng nhỏ hơn 1000ms Ở đây nhóm thiết kế chọn thời gian đáp ứng cho bộ điều khiển này là 500ms cho sai số vị trí bướm ga là 10%
Lưu ý ở đây, mục tiêu điều khiển không có độ vọt lố, chỉ có thể đáp ứng được khi người sử dụng tiến hành kéo ga tăng dần với sai số nằm trong khoảng 10% trở xuống trong khoảng thời gian 500ms Ta sẽ không chịu trách nhiệm khi bộ điều khiển phát sinh độ vọt lố trong trường hợp người sử dụng yêu cầu một góc kéo tay ga lớn trong một khoảng thời gian ngắn
Hình 4.18 Giải thuật điều khiển bướm ga
Từ Hình 4.18 cho ta biết rõ hơn về cách thức hoạt động của bộ điều khiển này
Bộ điều khiển này nhận hai đối số đầu vào là vị trí góc kéo tay ga (Hyb_degAcc) và vị trí hiện tại của bướm ga (ICE_degGsFlp) để xác định sai số góc mở bướm ga, từ đó sai số này được sử dụng cho tín hiệu đầu vào của bộ PID Ở đây, góc kéo tay ga là từ 0 0 đến 90 0 tương ứng với góc mở bướm ga là từ 0 0 đến 90 0
36 Giải thuật trên hiện tại vẫn chưa được triển khai thực nghiệm trên xe, nhưng đây là bài toán cơ bản điều khiển đáp ứng nhanh vị trí nên ta có thể thực hiện được
Các giá trị Kp (GsFlp_pKp_C), Ki (GsFlp_IKi_C), Kd (GsFlp_DKd_C) được thiết kế là các calibration có thể thay đổi trong quá trình chương trình đang chạy Việc sử dụng các calibration sẽ giúp cho ta dễ dàng điều chỉnh lại bộ PID cho thích hợp với yêu cầu
Bộ điều khiển này chỉ thực thi khi mà xe đang vận hành ở chế độ sử dụng xăng (Hyb_stMode = 0) Nếu điều kiện này không thỏa mãn, thì tín hiệu góc kéo tay ga được xem như là 0.
Giải thuật khuyến cáo của xe
Hình 4.19 Giải thuật xác định trạng thái của pin và xăng
Hình 4.19 cho ta biết rõ hơn về giải thuật xác định trạng thái pin và xăng Trạng thái dung lượng pin sẽ được xác định thông qua một mạch điện đảm trách việc kiểm tra dung lượng pin Dung lượng pin sẽ được kiểm tra trên cả dòng điện và điện áp
Trạng thái của pin Bat_stEnbl được thiết lập là 1 (pin còn có thể dùng được) khi và chỉ khi thỏa các điều kiện bên dưới:
Giá trị điện áp của pin đo được từ cảm biến Bat_uSen lớn hơn hoặc bằng ngưỡng cho phép Bat_uSenMin_C
Giá trị dòng điện của pin đo được từ cảm biến Bat_iSen lớn hơn hoặc bằng giá trị ngưỡng cho phép Bat_iSenMin_C
Trong bình xăng của xe có tích hợp một cảm biến áp suất dùng để xác định dung lượng xăng Tín hiệu trả về của cảm biến này là điện áp từ 0 – 5VDC Dựa trên tín hiệu trả về ta có thể xác định trạng thái của bình xăng (Fuel_stEnbl) Trạng thái của xăng Fuel_stEnbl được thiết lập là 1 (xăng còn dùng được) khi và chỉ khi giá trị điện áp đo được từ cảm biến áp suất trong bình xăng Fuel_uSen lớn hơn hoặc bằng ngưỡng cho phép Fuel_uSenMin_C
4.8.2 Xác định chế độ khuyến cáo cho xe
Như đã trình bày ở mục 2.2, một đèn led sẽ được bố trí để khuyến cáo người sử dụng chuyển đổi chế độ Nhưng trước đó, ta cần phải xác định chế độ khuyến cáo cho người sử dụng (Hyb_stNxtMode) Việc khuyến cáo này sẽ được tính toán dựa trên trạng thái pin, xăng và chế độ vận hành hiện tại của xe
Từ Hình 4.20 cho ta biết chi tiết hơn về giải thuật này Trong trường hợp, nếu xe đang chạy ở chế độ sử dụng điện năng (Hyb_stMode = 1), thì chương trình sẽ khuyến cáo người sử dụng chuyển sang chế độ xăng (Hyb_stNxtMode = 0) khi xe hết pin mà vẫn còn xăng Ngược lại, nếu trong trường hợp xe đang chạy ở chế độ sử dụng xăng, thì chương trình sẽ khuyến cáo chuyển sang chạy ở chế độ điện năng (Hyb_stNxtMode = 1) khi xe hết xăng mà vẫn còn pin Trường hợp đặc biệt như xe đang chạy mà hết cả pin lẫn xăng thì lúc này trạng thái khuyến cáo được xác định là vị trí hiện tại của công tắc
Hình 4.20 Giải thuật xác định chế độ khuyến cáo của xe lần 1
Chế độ khuyến cáo cũng có chức năng phát hiện trường hợp người sử dụng đang chạy xe mà gạt công tắc chuyển đổi chế độ (xem lại mục 2.2) Hình 4.21 cho ta biết rõ hơn về giải thuật này Khi vận tốc của xe khác 0, nếu như có sự thay đổi trạng thái công tắc thì lúc này chế độ khuyến cáo được cập nhật lần 2 (sau khi cập nhật ở lần 1) với giá trị là trạng thái công tắc mới vừa chuyển Ngược lại, nếu trường hợp trên không xảy ra, thì chế độ khuyến cáo ở lần cập nhật lần 1 không thay đổi
38 Hình 4.21 Giải thuật xác định chế độ khuyến cáo của xe lần 2
Giải thuật trên đã được triển khai mô phỏng trên Matlab để kiểm tra trạng thái cập nhật của chế độ khuyến cáo
Hình 4.22 Đồ thị mô phỏng tín hiệu tốc độ của xe
Hình 4.23 Đồ thị mô phỏng vị trí công tắc
39 Hình 4.24 Đồ thị mô phỏng trạng thái xăng
Hình 4.25 Đồ thị mô tả trạng thái pin
Hình 4.26 Đồ thị mô phỏng chế độ vận hành của xe
40 Hình 4.27 Đồ thị mô phỏng chế độ khuyến cáo của xe
Kết quả mô phỏng Matlab thể hiện ở Hình 4.22, 4.23, 4.24, 4.25, 4.26, 4.27, ta thấy trạng thái cập nhật chế độ khuyến cáo Hyb_stNxtMode là đúng với kết quả mong đợi Ta thấy ở giai đoạn từ 0 – 3s, trong trường hợp xe đang chạy ở chế độ xăng Hyb_stMode = 0 mà hết xăng Fuel_stEnbl = 0 Khi ấy, chế độ khuyến cáo Hyb_stNxtMode phụ thuộc vào vị trí công tắc Hyb_stSwt nếu như xe hết Pin Bat_stEnbl = 0 (giai đoạn 0 – 2s), ngược lại, nếu xe còn Pin thì khuyến cáo chế độ tiếp theo là chạy bằng motor điện Hyb_stNxtMode = 1 (giai đoạn 2 – 3s) Ở giai đoạn từ 3 – 4s, trường hợp này xe đang chạy ở chế độ xăng và vẫn còn xăng, lúc này, tiếp tục khuyến cáo xe chạy ở chế độ xăng Hyb_stNxtMode = 0 Ở giai đoạn từ 4 – 6s, trường hợp này xe chuyển sang chạy ở chế độ chạy điện và đã hết Pin Bat_stEnble = 0 Khi ấy, Nếu như xe còn xăng (giai đoạn 4 -5s) thì khuyến cáo xe chuyển sang chế độ xăng Hyb_stNxtMode = 0 Ngược lại, nếu như xăng cũng hết (giai đoạn 5-6s) chế độ khuyến cáo sẽ phụ thuộc vào vị trí công tắc Hyb_stSwt Ở giai đoạn 6-10s, trường hợp xe đang chạy ở chế độ motor điện mà vẫn còn Pin thì khuyến cáo xe tiếp tục chạy ở chế độ motor điện Hyb_stNxtMode = 1
Sơ đồ mô phỏng chức năng này trên Matlab được trình bày như bên dưới:
41 Hình 4.28 Mô hình mô phỏng trạng thái pin và xăng
Như Hình 4.28 ta thấy, trạng thái của pin và xăng được so sánh với những giá trị ngưỡng do ta chọn nếu giá trị hiện tại của pin nhỏ hơn giá trị ngưỡng, thì Bat_stEnbl = 0, ngược lại, thì Bat_stEnble = 1 Điều này tương tư cho trạng thái xăng Fuel_stEnbl
Hình 4.29 Mô Hình mô phỏng chế độ khuyến cáo của xe Hình 4.29 được xây dựng theo đúng nguyên lý của giải thuật xác định chế độ khuyến cáo của xe
4.8.3 Điều khiển đèn led khuyến cáo chuyển chế độ
Sau khi chương trình đã xác định được chế độ khuyến cáo (Hyb_stNxtMode) cho người sử dụng, nếu chế độ này khác với chế độ vận hành hiện tại của xe (Hyb_stMode), thì đèn led báo hiệu chuyển chế độ sẽ bật lên Các calibration Test_RmtCtl_C, TransMode_P_Led_C được thiết kế để ta có thể bật led khuyến cáo này bằng phần mềm, phục vụ cho việc kiểm tra những chức năng khác như thể hiện ở Hình 4.30
Hình 4.30 Giải thuật điều khiển đèn led khuyến cáo chuyển chế độ
4.8.4 Điều khiển đèn led báo quá tải
Tương tự như chế độ khuyến cáo, chế độ báo quá tải cũng có một đèn led để người sử dụng dễ nhận biết, và trạng thái đèn led này được cập nhật trực tiếp từ message EMotor_stOvrLoad (Hình 4.31) Các calibration Test_RmtCtl_C, OvrLoad_P_Led_C được thiết kế để ta có thể bật led báo quá tải này bằng phần mềm, phục vụ cho việc kiểm tra những chức năng khác
Hình 4.31 Giải thuật điều khiển đèn led báo quá tải
Trong quá trình chạy xe, mắt của người sử dụng hướng về phía trước, không phải lúc nào cũng nhìn vào bảng điều khiển để thấy cảnh báo từ đèn led, chính vì điều này mà ta cần bố trí một loa báo hiệu dùng để cảnh báo người sử dụng khi xe quá tải hoặc xe cần phải chuyển sang chế độ vận hành khác
Hình 4.32 cho ta biết rõ thêm về giải thuật của chức năng này Khi chế độ khuyến cáo mà xe xác định được khác với chế độ vận hành hiện tại, thì loa sẽ được bật
43 lên, hoặc khi xe xác định được đang ở trạng thái quá tải (EMotor_st OverLoad = 1) thì loa cũng sẽ được bật lên
Hình 4.32 Giải thuật bật loa cảnh báo
Lưu ý rằng, quá trình xử lý quá tải, người sử dụng chỉ có thể chuyển sang chế độ chạy xăng hoặc giảm tải cho xe Quá trình xử lý chế độ khuyến cáo, buộc người sử dụng phải dừng xe và chuyển vị trí công tắc