Ở các thành phố lớn như thành phố Hồ Chi Minh và Hà Nội với số lượng người lao động cực kì lớn, nhu cầu đi lại cực kì cao, hệ thống giao thông đường bộ chưa được cải thiện một cách tối ư
TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay ô nhiễm môi trường do các khí thải từ phương tiện giao thông như ô tô xe máy đang là mối đe dọa vô cùng nghiêm trọng tới sức khỏe của con người và làm thiệt hại về kinh tế là vô cùng lớn Các loại khí độc hại có trong khí thải xe máy và oto thường thấy là CO, NOx, SOx, HC những chất này về lâu dài sẽ gây ra các bệnh nguy hiểm về đường hô hấp, tim mạch, vô sinh, ung thư…theo thống kê tại có thành phố lớn cho thấy có khoảng 15% lượng khí CO (cacbon monoxit), 50% mật độ khí NO2 (Oxit Nitơ) trong không khí là do các phương tiện giao thông phát thải từ đó dẫn đến nồng độ các khí nhà kính trong bầu khí quyển vẫn đang tăng mạnh theo từng năm và chưa có dấu hiệu chậm lại trong khi nguồn nhiên liệu hóa thạch ngoài tự nhiên do con người khai thác thì ngày càng cạn kiệt Ở các thành phố lớn như thành phố Hồ Chi Minh và Hà Nội với số lượng người lao động cực kì lớn, nhu cầu đi lại cực kì cao, hệ thống giao thông đường bộ chưa được cải thiện một cách tối ưu, cùng với chi phí kinh tế và tính tiện lợi cao hơn so với các phương tiện giao thông khác nên xe máy vẫn được ưa chuộng và sử dụng làm phương tiện phổ biến để di chuyển hằng ngày trong thành phố Nhưng đặc biệt hơn với nguồn phát thải của phương tiện này hiện nay chiếm một phần lớn trong tổng phát thải của các phương tiện giao thông Ngoài ra sự phát thải của các phương tiện xe không chỉ phụ thuộc vào số lượng xe mà còn phụ thuộc vào chất lượng Đối với các xe đã qua nhiều năm sử dụng lúc này chất lượng của động cơ sẽ giảm xuống dẫn đến lượng nhiên liệu bơm vào bên trong buồng đốt sẽ không được đốt cháy hoàn toàn và làm cho lượng phát thải cùng các chất độc hại ra môi trường nhiều hơn Nếu xét trên cùng một chiều dài quãng đường di chuyển, xe máy có lượng tiêu hao nhiên liệu thấp hơn so với xe
2 ô tô tuy nhiên xét về mặt hiệu quả năng lượng thì xe máy lại cao hơn ô tô, nguyên nhân chủ yếu là do kết cấu động cơ của xe máy có dung tích nhỏ Đồng thời xe máy chủ yếu được sử dụng trong dải vận tốc và tải thấp, tăng giảm vận tốc liên tục; do đó hầu như động cơ không được hoạt động duy trì ở vùng tối ưu Cùng với việc không được trang bị bộ xử lý khí thải như trên xe ô tô nên lượng khí thải của xe máy sẽ chứa nhiều thành phần độc hại hơn Do vậy, giải quyết bài toán giảm thiểu chi phí nhiên do động cơ và giảm thiểu các chất độc hại phát thải ra ngoài môi trường là cực kì cần thiết đối với những biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp như hiện nay
Hiện tại xe lai, hay xe hybrid (xăng điện) đang là sự lựa chọn đáng được cân nhắc mặc dù xe sử dụng điện hoàn toàn đang được các hãng tích cực phát triển và cho ra thị trường nhưng vì hệ thống trạm sạc để dành cho xe điện vẫn chưa được phổ biến trên thế giới đặc biệt là ở việt nam nên xe lai được xem như là một sự chọn hợp lí ở thời điểm hiện tại Xe hybrid đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt, tính kinh tế nhiên liệu tăng lên đáng kể trong khi tính năng vận hành không thay đổi nhiều so với xe truyền thống Sự kết hợp giữa hai nguồn động lực giúp chúng khắc phục được các nhược điểm tồn tại của mỗi nguồn khi hoạt động riêng lẻ Giải pháp cải tạo xe máy truyền thống thành xe máy hybrid là một giải pháp khả thi, tận dụng được lượng xe máy vẫn đang hoạt động, chuyển đổi để đạt hiệu quả tiết kiệm chi phí và lượng phát thải an toàn hơn ra môi trường mà không cần chế tạo phương tiện giao thông hoàn toàn mới Phương án được đưa ra là cải tiến xe ab 125cc đời 2010 trước tiên sử dụng động cơ điện đặt bên trong bánh trước làm nguồn động lực thứ hai và được hoạt động bằng năng lượng điện, bánh sau được dẫn động bằng động cơ đốt trong nguyên bản theo xe Vấn đề đặt ra cần phải giải quyết ở đây là với sự thay đổi về
3 trọng lượng, công suất…so với xe nguyên bản thì liệu xe cải tiến có hoạt động tốt hơn xe nguyên bản hay không, Phương án điều khiển phân phối công suất là gì và hiệu quả về chi phí nhiên liệu cũng như phát thải ra môi trường của xe sau cải tạo ra sao? Và thuật toán điều khiển tốt nhất để nâng cao các chỉ tiêu động lực học, kinh tế nhiên liệu, phát thải là gì? Trước khi thi công cải tạo, chuyển đổi xe nền thành xe hybrid, các vấn đề này cần phải được làm rõ để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc chuyển đổi, tránh việc thực hiện mò mẫm, lãng phí Việc sử dụng Matlab – Simulink để mô phỏng cho xe cải tiến là một trong những cách tiếp cận hiệu quả để có thể so sánh và đánh giá mức độ khả thi về tính động lực học, chi phí nhiên liệu của xe sau cải tiến với xe nền Trong nghiên cứu này, mô hình hệ thống truyền lực hybrid và hệ thống lưu trữ năng lượng được xây dựng thông qua các liên hệ toán học và bản đồ thực nghiệm Ngoài ra còn một phương pháp điều khiển đơn giản và cơ sở lý thuyết cho chiến lược quản lý và phân phối năng lượng hiệu quả sẽ được đề xuất nhằm mục đích cuối cùng là tối ưu hóa tính kinh tế nhiên liệu và giảm mức phát thải của xe máy hybrid Các kết quả mô phỏng sẽ được đánh giá theo các chu trình chạy thử nghiệm gồm: Japan 10 – 15 Mode, ECE, NYCC Các chu trình này khá phù hợp với điều kiện giao thông thành phố tại Việt Nam, xét về giới hạn tốc độ, tần số tăng – giảm tốc độ, quãng đường duy trì tốc độ ổn định và thời gian cầm chừng, v.v… Các nội dung mà mô phỏng quan tâm bao gồm: Công suất kéo, công suất cung cấp động cơ, công suất cung cấp bởi mô tơ tại từng thời điểm của chu trình, sự thay đổi mức SOC, hàm lượng các khí thải, tiêu hao nhiên liệu, mức độ đáp ứng tốc độ yêu cầu của chu trình, và quãng đường di chuyển khi xe chạy theo chu trình đó Các kết quả này được so sánh giữa xe nền và xe cải tiến với thuật
4 toán điều khiển đề xuất Qua đó, đánh giá được tính hiệu quả, khả thi của phương án cải tạo và đề xuất được hướng cải tạo phù hợp.
Đối tượng của đề tài
Mô hình tính toán hệ thống truyền lực và lưu trữ năng lượng trên xe cải tiến Phương pháp điều khiển phân phối công suất
Phương pháp quy hoạch động giải bài toán tối ưu
Tính toán và mô phỏng trên Matlab/ simulink
Mục tiêu của đề tài
Mô phỏng hoạt động của xe cải tiến theo các chu trình chạy thử với các thuật toán điều khiển phân phối công suất và thuật toán tối ưu từ đó đánh giá được mức độ hiệu quả và tính cấp thiết của đề tài.
Phương pháp nghiên cứu
Phân tích tổng hợp lí thuyết
Tính toán các số liệu
Các nghiên cứu đi trước
1.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Theo như tìm hiểu của tác giả thì ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu nào về mô hình hóa hay mô phỏng xe hybrid Trong lĩnh vực xe hybrid hai bánh, đã có một số đề tài tiến hành chế tạo, cải tạo nhưng thiếu cơ sở tính toán, đánh giá hiệu quả của sản phẩm Mặt khác chưa đưa ra được phương pháp điều khiển phù hợp cho xe hybrid Nói rộng ra cho cả lĩnh vực xe điện và xe hybrid, nước ta hiện đang rất thiếu các công trình nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm
1.5.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, các nghiên cứu về mô hình hóa và mô phỏng xe lai đã được thực hiện nhiều cho cả ô tô và xe máy; trong đó, các nghiên cứu về xe máy lai chủ yếu tập trung ở các quốc gia có lượng phương tiện này cao như Trung Quốc, Đài Loan Hầu hết các công trình công bố chưa đưa ra được đáp án tổng thể cho bài toán tối ưu hóa phân phối công suất trên xe máy lai; hơn nữa, các mô phỏng thực hiện theo các điều kiện vận hành có thể không phù hợp với điều kiện giao thông tại Việt Nam Một số công trình tiêu biểu:
− “Modeling and Control of Hybrid Electric Motorcycle with Direct-Driven Wheel Motor” – Bo-Chiuan Chen, Yuh-Yih Wu, Ying-Da Huang, and Chung- Neng Huang
Một xe máy hybrid xăng – điện với động cơ điện đặt trực tiếp ở bánh trước được đề xuất trong nghiên cứu Bánh sau được dẫn động bằng động cơ đốt trong thông qua hệ thống truyền lực đã được điều chỉnh kết cấu Cấu trúc của xe là kiểu hybrid song song Cả hai bánh xe có thể cung cấp lực kéo đồng thời để dẫn động xe khi cần thiết Thuật toán Rule – based control được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển phân phối công suất cho xe hybrid đề xuất Đặc tính kinh tế của xe được đánh giá thông qua mô phỏng trong Matlab/Simulink theo chu trình chạy thử ECE R40 Kết quả cho thấy xe máy hybrid xăng – điện cho hiệu quả tiêu hao nhiên liệu tốt hơn xe nền nhưng không đáng kể Kết quả chỉ thu được khi mô phỏng theo một chu trình nên chưa thuyết phục Nghiên cứu cũng chưa đưa ra được phương pháp phân phối công suất hiệu quả hơn và cũng chưa tính tới cấu hình plug – in hybrid
− “Modeling and Simulation of a Hybrid Scooter” – W K Yap, and V Karri
6 Nghiên cứu trình bày mô hình xe hybrid xăng – điện đã được phát triển và mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink Xe có cấu trúc hybrid song song, với hai nguồn động lực gồm động cơ đốt trong hai thì dẫn động bánh sau qua bộ truyền lực CVT và động cơ điện đặt đồng trục bánh xe trước Phương pháp để đánh giá và phát triển phương pháp điều khiển phân phối công suất là mô phỏng trên nhiều chu trình khác nhau Các kết quả chỉ ra rằng mô hình được phát triển khả thi và có giá trị Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc phân tích các chế độ hoạt động, sự phân phối công suất trong quá trình chạy theo chu trình Tính kinh tế nhiên liệu chưa được đánh giá và phương pháp điều khiển tối ưu chưa được xây dựng
− “Simulation for the analysis of a hybrid electric scooter powertrain” –Kuen- Bao Sheu
Bài báo này mô tả các mô hình toán học, phân tích và mô phỏng một hệ thống truyền lực mới được xây dựng cho xe tay ga Điểm nổi bật của hệ thống truyền lực hybrid này là sử dụng một bộ phận phân phối công suất gồm một bộ bánh răng hành tinh một bậc tự do và một bộ bánh răng hành tinh hai bậc tự do để kết hợp sức mạnh của hai nguồn động lực Mô hình chi tiết các bộ phận được thiết lập trong Matlab/Simulink Một phương pháp điều khiển phân phối công suất đơn giản được đề xuất Hiệu quả được đánh giá qua việc mô phỏng theo bốn chu trình đề xuất Các kết quả mô phỏng chứng minh xe hybrid đề xuất có khả năng hoạt động hiệu quả dưới nhiều điều kiện khác nhau
− “A Stochastic Control Strategy for Hybrid Electric Vehicles” – Chan-Chiao
Lin, Huei Peng, and J.W Grizzle
Trong nghiên cứu này, vấn đề quản lý và phân phối công suất trên ô tô hybrid được giải quyết trên quan điểm ngẫu nhiên Hàm tối ưu hóa động lực ngẫu nhiên
7 vô hạn được xây dựng Yêu cầu công suất của người lái được mô phỏng như một quá trình Markov ngẫu nhiên Sau đó, bài toán tối ưu hóa được giải theo phương pháp quy hoạch động ngẫu nhiên Kết quả mô phỏng theo các chu trình chuẩn và chu trình ngẫu nhiên được trình bày để chứng minh hiệu quả của phương pháp thu được từ lời giải bài toán tối ưu hóa Tuy nhiên, nghiên cứu thực hiện trên mô hình ô tô hybrid xăng – điện và nhiều chu trình từ thành phố đến cao tốc nên khó áp dụng kết quả cho mô hình xe máy hybrid và cũng không phù hợp với điều kiện giao thông đô thị Việt Nam
− “Modeling and Control of a Power-Split Hybrid Vehicle” – Jinming Liu and Huei Peng
Hệ thống hybrid của Toyota – THS – hiện đang được sử dụng trên xe hybrid bán chạy nhất hiện nay là Toyota Prius Hệ thống truyền lực hybrid này gồm một bộ bánh răng hành tinh phân chia công suất giữa động cơ đốt trong và động cơ điện trong bài báo này, tác giả đã phát triển một mô hình động lực học của hệ thống truyền lực THS để xây dựng thuật toán phân phối công suất Hai thuật toán điều khiển được giới thiệu là: dựa vào phương pháp quy hoạch động ngẫu nhiên, và thuật toán khác là dựa vào phương pháp giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ tương đương Cả hai thuật toán đều xác định công suất động cơ từ hiệu quả tổng thể xe và sử dụng động cơ điện để tối ưu hóa hoạt động của động cơ đốt trong Kết quả được so sánh để tạo ra các tiêu chuẩn lý thuyết cho điều khiển tối ưu phân phối công suất hệ thống THS Các hệ thống truyền lực hybrid kiểu khác không được nghiên cứu trong bài báo này
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khái niệm xe hybrid
Xe hybrid là xe kết hợp hai hoặc nhiều nguồn năng lượng và hệ thống chuyển hóa năng lượng Xe Hybrid sử dụng điện chuyển hóa cơ năng được gọi là HEV (Hybrid electronic vehicle) Động cơ đốt trong sử dụng trên xe truyền thống (ICE – Internal Combustion Engine) cho đặc tính hoạt động tốt và thời gian vận hành lâu dài Tuy nhiên, các phương tiện sử dụng ICE có nhược điểm về tính kinh tế nhiên liệu và ô nhiễm không khí Lý do gây nên những bất cập của ICE đó là: Đặc tuyến suất tiêu hao nhiên liệu động cơ không phù hợp với yêu cầu hoạt động thực tế (Thể hiện trên hình, ) Động năng của xe bị mất trong suốt quá trình phanh, đặc biệt là khi xe chạy trong thành thị
Hiệu suất của hộp số truyền động thủy lực thấp đối với các xe thường xuyên hoạt động ở chế độ ngừng liên tục
Mặt khác, các xe điện (EV-Electronic Vehicle) có một số ưu điểm hơn động cơ đốt trong truyền thống như hiệu xuất năng lượng cao hơn và không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, về đặc tính hoạt động, đặc biệt giới hạn hoạt động trên một sạc ắc quy thì thua xa với xe sử dụng ICE, do năng lượng chứa trong ắc quy thấp hơn so với năng lượng trong nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong
Xe Hybrid điện sử dụng hai nguồn năng lượng – một nguồn năng lượng sơ cấp và một nguồn năng lượng thứ cấp – nó có ưu điểm của hai xe sử dụng EV và ICE đồng thời khắc phục được các nhược điểm của chúng Động cơ đốt trong chỉ có hiệu suất tốt nhất khi hoạt động ở chế độ bướm ga mở rộng, theo đường hoạt động tối ưu Hoạt động ngoài phạm vi đó hiệu suất
9 động cơ sẽ giảm rất nhiều Mặt khác sự giảm hiệu suất của mô tơ điện không gây hại nhiều so với ICE khi hoạt động ngoài vùng tối ưu Công suất tải của xe thay đổi ngẫu nhiên trong quá trình hoạt động thực tế do sự tăng tốc, giảm tốc và lên dốc xuống dốc xảy ra thường xuyên Có thể xem công suất tải này gồm 2 thành phần: một là công sất trung bình có giá trị không đổi và công suất động học có giá trị trung bình bằng 0 Trong định hướng phát triển xe hybrid, một bộ phận truyền công suất có xu hướng hoạt động với chế độ không đổi, như động cơ đốt trong – pin nhiên liệu có thể được dùng để cung cấp công suất trung bình Mặt khác, bộ truyền công suất còn lại như mô tơ điện có thể được dùng để cung cấp công suất động lực Tổng năng lượng đầu ra từ bộ truyền động công suất động lực bằng không trong cả chu trình dẫn động Trên xe hybrid, công suất ổn định có thể được cung cấp bởi mô tơ điện được cung cấp nguồn với ắc quy điện hóa, siêu tụ, bánh đà, hoặc hợp giữa chúng.
Cấu trúc hệ thống truyền lực hybrid xăng – điện
Về cơ bản có ba cấu trúc cơ bản của một xe hybrid:
− Truyền động nối tiếp với động cơ đốt trong dẫn động một máy phát để sạc pin hoặc cung cấp điện cho mô tơ điện Mô tơ điện cung cấp Mô men xoắn tới bánh xe
− Truyền động song song với bánh xe được cung cấp mô men bởi hoặc động cơ điện hoặc động cơ xăng hoặc động cả hai Các động cơ điện hoạt động như một máy phát trong quá trình phanh tái sinh hoặc chỉ có động cơ đốt trong hoạt động sản sinh nhiều điện hơn lượng cần thiết để kéo xe
− Truyền động phức hợp là loại kết hợp hai loại truyền động trên, mặc dù có cả hai ưu điểm của cả hai dòng trên tuy nhiên kết cấu phức tạp và chi phí chế tạo hệ thống khá cao
− Các nhà nghiên cứu đã và đang phát triển thêm một kiểu truyền động mới cho hybrid đó là Plugin-Hybrid cho phép sử dụng điện áp lưới để nạp cho ác quy nhằm mở rộng phạm vi hoạt động cho xe
Hình 2.1 Cấu trúc Hybrid nối tiếp
Với kiểu truyền động nối tiếp động cơ đốt trong có nhiệm vụ sản xuất điện để nạp cho ắc quy hoặc cung cấp điện cho các động cơ điện hoạt động Mô tơ được trang bị có nhiệm vụ chủ chốt sản xuất mô men xoắn để xe hoạt động Nhìn chung một chiếc xe hybrid sử dụng kiểu truyền động nối tiếp đó là sử dụng động cơ đốt trong để bổ sung lượng năng lượng điện khi thiếu năng lượng cho mô tơ hoạt động, kết cấu này tuy đơn giản như đòi hỏi kết cấu xe nền phải phù hợp với nguyên lý hoạt động này Với chủ đề cải tiến xe nền lên hybrid, để có thể áp dụng kiểu truyền động như vậy động cơ chỉ vận hành như máy phát không truyền công suất xuống bánh xe trong lúc vận hành, đồng thời dung lượng pin cần phải đủ lớn để xe có thể leo dốc, tăng tốc,… Các yếu tố này gây khó khăn
11 trong việc cải tạo xe gắn máy lên xe hybrid, chúng ta cần phải cải tạo lại hộp số sao cho phù hợp chỉ để động cơ hoạt động như máy phát, việc làm này chỉ phù hợp với các xe sử dụng các loại động cơ cỡ nhỏ (như 50cc), đối với xe Air blade 125cc không phù hợp
Ngược lại với kiểu truyền động nối tiếp, hybrid song song phân phối kết hợp giữa hai nguồn công suất sản sinh từ động cơ đốt trong và động cơ điện Việc kết hợp công suất rất linh động, tùy thuộc vào trạng thái của các thành phần thông thường, công suất tối đa của hệ thống truyền động điện nhỏ hơn động cơ đốt trong, bên cạnh đó hệ thống truyền động của xe phải đáp ứng được các yêu cầu vận hành thay đổi liên tục, việc sử dụng kết hợp cả hai nguồn sản sinh mô men xoắn phù hợp hơn cho xe tăng khả năng vận hành của xe Một số kiểu xe hybrid có kết cấu song song như:
Hình 2.2 Cấu trúc Hybrid song song
Hình 2.3 Cấu trúc Hybrid phức hợp
Trong cải tạo xe nền air blade với kết cấu xe hiện tại, việc bổ sung một động cơ điện đặt trong bánh xe trước của xe kết hợp hệ thống truyền lực của động cơ đốt trong đến bánh xe của xe nền có thể kết hợp linh hoạt hai nguồn sản sinh mô men xoắn, việc làm này có có nhiều ưu điểm phải kể đến như:
Các thành phần của hệ thống truyền lực và hệ thống lưu trữ năng lượng
− Động cơ điện có thể được vận hành như một máy phát dùng để phục hồi năng lượng trong quá trình phanh hoặc các trường hợp thiếu hụt năng lượng
− Không cần phải cải tạo lại hệ thống truyền lực ban đầu của xe nền
2.3 Các thành phần của hệ thống truyền lực và hệ thống lưu trữ năng lượng xe hybrid.Equation Chapter 2 Section 1
2.3.1 Hệ thống lưu trữ năng lượng
Hệ thống lưu trữ năng lượng thường được nhắc tới đó là pin là một thiết bị điện tử huyển hóa năng lượng điện thành năng lượng hóa học trong quá trình nạp và ngược lại trong quá trình xả
Có rất nhiều yếu tố cần quan tâm khi lựa chọn thiết bị để xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng cho phù hợp như: năng lượng riêng, công suất riêng, hiệu suất, yêu cầu bảo dưỡng, bảo quản, giá cả, sự thân thiện với môi trường, và an toàn Đối với HEV thì chỉ số công suất riêng được quan tâm hàng đầu bởi hệ thống lưu trữ năng lượng cần đáp ứng các yêu cầu vận hành tăng tốc leo dốc của xe
Một bộ pin gồm nhiều cell hoàn chỉnh có khả năng thực hiện các khả năng chuyển hóa trên, cơ bản một cell bao gồm: hai điện cực (Cực dương và cực âm) và dung dịch điện môi Các nhà sản xuất pin thường công bố một thước đo dung lượng (được định nghĩa là lượng Ah trong quá trình xả pin từ trạng thái nạp đầy cho đến khi được áp hở mạch của pin đạt đến điện áp ngắt của nó), cùng một loại pin có dung lượng khác nhau và tỉ lệ nghịch với tốc độ dòng xả của pin (hình 2.4) Ngoài thông số quan trọng trên nhà sản xuất còn công bố dung lượng đi kèm với thông số tốc độ dòng xả
Hình 2.4 Đồ thị mô tả đặc tính xả cell ắc quy chì-axit
14 Một thông số quan trọng khác của pin đó là SOC (State – of – Charge) SOC biểu thị tỉ lệ mức dung lượng còn lại so với dung lượng khi pin đầy SOC thay đổi trong khoảng thời gian dt phụ thuộc vào dòng điện i, dòng điện có thể âm khi nạp và dương khi xả nên lượng SOC tại thời điểm t được diễn tả như biểu thức:
Trong đó Q(i) là dung lượng (Ah) theo dòng điện i, SOC0 là giá trị SOC ban đầu của ắc quy Đối với HEV, các thiết bị lưu trữ năng lượng được ứng dụng hiệu quả như: Ắc quy chì – axit, ắc quy niken, ắc quy lithium
Nguồn công suất chính là nguồn công suất ổn định trên xe Hybrid thông thường là động cơ đốt trong Việc lựa chọn nguồn công suất phụ cần xem xét các yếu tố cần đảm bảo như tính năng lái, tính kinh tế nhiên liệu và ô nhiễm môi trường Động cơ xăng là loại động cơ phổ biến chuyển hóa nhiên liệu hóa thạch thành cơ năng để đẩy xe Các ưu điểm chính của động cơ đốt trong đó công suất riêng cao (tỉ lệ công suất/ trọng lượng cao), dải tốc độ lớn và hiệu suất cao Để thực hiện thiết kế hệ thống truyền lực Hybrid và phân tích hiệu suất, cần phải có được đặc tính mô men kéo hoặc công suất theo tốc độ và đặc tính tiêu hao nhiên liệu, khí thải
Hệ thống truyền lực Hybrid có nhiệm vụ:
− Chuyển đổi mô men xoắn từ nguồn động lực để đáp ứng công suất kéo theo yêu cầu của phương tiện
− Cung cấp công suất xe tiến và lùi
− Phối hợp các nguồn công suất để đạt được tính kinh tế nhiên liệu giảm lượng khí thải trong khi vẫn đáp ứng được yêu cầu động lực học
Bộ truyền vô cấp và bộ chia công suất thường được sử dụng trong HEV Bộ chia công suất thường là các khớp nối có thể kết nối mô men hoặc tốc độ Kết nối mô men kết hợp mô men xoắn của động cơ và động cơ điện hoặc chia mô men của động cơ thành hai phần: (dùng để đẩy xe và dùng để nạp ắc quy) Một khớp nối mô men bằng cơ khí có hai đầu vào Một từ động cơ và một từ mô tơ điện Đầu ra của khớp nối cơ khí này được nối với hộp số cơ khí Nếu bỏ qua các mất mát thì mô men xoắn đầu ra và tốc độ đầu ra có thể được biểu diễn bằng: Trong đó k1 và k2 là hằng số được xác định bởi các thông số của kết nối
Hình 2.5 Các phương pháp kết hợp hai nguồn công suất
Công suất từ hai nguồn còn có thể được kết nối cùng nhau bằng khớp nối tốc độ Các đặc tính của khớp nối tốc độ có thể được diễn tả bằng:
Trong đó k1 và k2 là các hằng số kết nối với thiết kế thực tế Các khớp nối tiêu biểu đó là bánh răng hành tinh và bộ còn lại là một mô tơ điện với stator thay đổi được
2.3.3 Động cơ điện Động cơ điện là nguồn công suất thứ hai trong hệ thống truyền lực Hybrid
Mô tơ điện một chiều không chổi than BLDC và mô tơ điện xoay chiều cảm ứng (AC induction Motor) là hai loại động cơ điện được sử dụng phổ biến hiện nay vì các ưu điểm hiệu suất cao, ít cần bảo dưỡng và tuổi thọ lâu dài Ngoài ra, động cơ điện tích hợp bánh xe được sử dụng khá nhiều trong các xe điện và xe hybrid hai bánh và đang là xu hướng mới tổng thiết kế nguồn động lực điện xe hybrid bốn bánh
2.3.3.1 Động cơ điện một chiều không chổi than Động cơ DC không chổi than cũng tương tự một động cơ DC có chổi than nhưng chức năng của rotor và stator ngược nhau Rotor được tạo thành từ một bộ nam châm vĩnh cửu và Stator là nam châm điện Động cơ không chổi than tiêu giảm chổi than và cổ góp, tia lửa điện được sinh ra giữa chúng cùng loại bỏ Tia lửa điện này không chỉ làm giảm tuổi thọ sử dụng của động cơ mà còn tạo ra nhiễu điện từ điều đó ảnh hưởngkhông tốt cho hệ thống điều khiển điện tử hiện đại Động cơ không chổi than dược điều khiển bởi dòng điện chạy qua các cuộn dây đặt trong stator phù hợp với yêu cầu của tải Sự đảo chiều của dòng điện qua các cuộn dây được thực hiện bởi các công tắt điện tử (thường là các transistor công suất, …) Trong quá trình điều khiển động cơ đối với các ứng dụng trên xe hybrid, động cơ cần đạt được mô men kéo tốt chính vì vậy bộ điều khiển thường giám sát vị trí của rotor thông qua cảm biến hoặc BEMF trong cuộn dây để xác định vị trí của rotor Hiện nay điều khiển dòng điện qua các cuộn dây stator khác nhau, phương pháp điều chế độ rộng xung được ứng dụng phổ biến trong điều khiển đối tượng này
So với động cơ có chổi than thông thường, động cơ không chổi than có độ tin cậy cao hơn, mạnh mẽ hơn Chi phí tuy cao hơn nhưng tập trung ở khối điều khiển động cơ
2.3.3.2 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ
Các động cơ công nghiệp phổ biến nhất là các động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha (hay còn gọi là động cơ không đồng bộ 3 pha) Động cơ này có chi phí thấp và thiết kế đơn giản động cơ hoạt động dựa vào một từ trường xoay được tạo bởi các cuộn dây đặt lệch nhau 120 0 trong stator Trong động cơ cảm ứng, rotor phải quay ở tốc độ châm hơn so với tốc độ của từ trường quay Nguyên nhân này xảy ra là ma sát sinh ra bên trong các ổ đỡ và tải trọng, sự khác biệt này được gọi là độ trượt, khi tải tăng lên độ trượt tăng lên làm cho mô men xoắn tăng lên, nhưng tốc độ chậm hơn
2.3.3.3 Động cơ điện tích hợp trong bánh xe (hub motor)
Hiện nay, để tiện lợi hơn trong việc bố trí động cơ xe với tiêu chí nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, người ta đã tích hợp động cơ điện vào bên trong bánh xe Cùng với kết cấu đơn giản này sẽ được vận hành dưới dạng điện từ (drive-by-wire) Tức là không thông qua các kết cấu cơ học như hiện nay Với hệ thống này bánh xe sẽ là một cụm vận hành độc lập, mô tơ dẫn động trực tiếp lên bánh xe để giúp xe chuyển động từ đó loại bỏ được toàn bộ hệ thống truyền lực của xe, góp phần làm giảm khối lượng của xe và tăng không gian trống cho xe Động cơ điện được sử dụng để tích hợp có thể là động cơ điện một chiều, xoay chiều hoặc một số động cơ đã được giới thiệu ở trên, …
2.3.4 Bộ điều khiển điện tử
Phương pháp cải tạo xe nền Honda Air Blade 125cc thành xe máy
Xe sau khi cải tạo cần phải đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật sau:
− Xe sau cải tạo có khẳ năng giảm mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ nhiệt và giám sát phát thải khí gây ô nhiễm môi trường, đồng thời xe vẫn phải đáp ứng các tính năng động lực học của xe trước khi cải tạo
− Có kích thước phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành quy định bởi luật giao thông đường bộ Việt Nam
− Hạn chế thay đổi kết cấu của xe nền, xe cải tạo cần có kết cấu đơn giản, giá thành cải tạo phải thấp và phù hợp với trình độ công nghệ của Việt Nam
− Ít phải bảo trì, bảo dưỡng
− Khi chỉ có động cơ điện hoạt động xe máy lai phải đáp ứng được các yêu cầu về gia tốc và tốc độ Các yêu cầu này hướng đến khả năng vận hành của xe cải tiến trong điều kiện làm việc thành thị, nơi giao thông phức tạp, đông đúc và nhiều trạm điều tiết giao thông,… với điều kiện hoạt động như vậy sản phẩm cải tiến hướng đến yêu cầu gia tốc là chủ
19 yếu: đối với phương tiện xe, việc khảo sát nhu cầu gia tốc của phương tiện cần nhiều thời gian để thử nghiệm trên nhiều đối tượng người dùng mới có thể đạt được kết quả, tuy nhiên việc làm này rất khó khăn và mất thời gian thực hiện khảo sát, do đó nhóm tác giả đề suất sử dụng một số chu trình thử nghiệm khi thực hiện mô phỏng để xác định nhu cầu gia tốc cần thiết để tính toán và thiết kế Các chu trình thường được sử dụng để khảo sát hiệu suất của xe phù hợp với điều kiện làm việc được mô tả ở trên phải kể đến, Japanese 10-15 mode, NYCC, ECE,… các chu trình này đều có yêu cầu gia tốc tối thiểu từ 0 – 40km/h trong khoảng thời gian 10s tuy nhiên ta cần một khả năng tăng tốc lớn hơn chu trình để đảm bảo xe cải tiến giữ được khả năng vận hành như xe nền và đảm bảo trong các yêu cầu hoạt động quá tải do đó nhóm tác giả lựa chọn yêu cầu gia tốc trong thiết kế:
+ Xe có khả năng gia tốc từ 0 đến 60km/h trong điều kiện đường bằng, đầy tải và hệ số cản lăn f = 0.015 trong vòng 10s
+ Thời gian hoạt động liên tục: xe có thể di chuyển ít nhất 40km trong điều kiện giao thông đô thị Việt Nam mà không cần sạc lại ắc quy
2.4.1 Cơ sở lý thuyết về mô hình hóa và mô phỏng Đối tượng là tất cả những sự vật, sự kiện mà hoạt động của con người có liên quan tới, hệ thống là tập hợp các đối tượng, sự kiện mà giữ chúng có những mối quan hệ nhất định Trạng thái của hệ thống là tập hợp các tham số, biến số dùng để mô tả hệ thống tại một thời điểm và trong điều kiện nhất định
Mô hình là một sơ đồ phản ánh đối tượng, con người dùng sơ đồ để nghiên cứu thực hiện nhằm tìm ra các quy luật hoạt động của đối tượng hay nói cách
20 khác mô hình là đối tượng thay thế của đối tượng gốc để nghiên cứu về đối tượng gốc
Mô hình hóa thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình nằm các thu nhận thông tin quan trọng về đối tượng bằng các tiến hành các thực nghiệm trên mô hình Nếu các quá trình xảy ra trong mô hình đồng nhất (theo các chỉ tiêu định trước) với các quá trình xảy ra trong đối tượng gốc thì người ta nói rằng mô hình đồng nhất với đối tượng lúc này người ta có thể tiến hành các thực nghiệm trên mô hình để thụ nhận lượng thông tin về đối tượng
Mô phỏng là quá trình xây dựng mô hình toán học của hệ thống thực và sau đó tiến hành tính toán thực nghiệm trên mô hình để mô tả, giải thích và dự đoán hành vi của hệ thống thực
2.4.2 Phương pháp mô phỏng Để đơn giản hóa mô hình, một số tổn thất được bỏ qua Cấu trúc thuật toán điều khiển đơn giản hơn thực tế mà xe vẫn đáp ứng được tính chính xác tương đối của phép tính Đồng thời bài luận này tác giả tập trung sử dụng các công cụ mô phỏng động lực hoàn thiện từ simulink Powertrain blockset Hiện nay các công cụ từ simulink đang phát triển một cách nhanh chóng và hoàn thiện qua từng các giai đoạn, đặc biệt trong lĩnh vực mô phỏng động lực học, các mô hình powertrain blockset được xây dựng để mô phỏng động lực học cho ô tô như: người lái, chu trình thử, động lực học thân xe, động lực học bánh xe đã được xây dựng với nhiều chức năng mô phỏng sát với đối tượng với độ chính xác cao
Tiêu biểu các mô hình ô tô sử dụng động cơ đốt trong truyền thống, ô tô điện, ô tô hybrid dùng để mô phỏng đánh giá chất lượng của phương tiện trên các tiêu chí khí thải, tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất động cơ, … Điển hình như các mô hình “Conventional Vehicle Refference” đại diện cho một mô hình ô tô truyền
21 thống với động cơ đốt trong, hộp số, hệ thống truyền lực với đầy đủ các loại hộp số như hộp số thường, hộp số tự động, … cùng với hệ thống dẫn động 2 bánh, 4 bánh Song song HEV, EV cũng có các mô hình hoàn thiện được xây dựng dựa trên powertrain-blockset như: “HEV P0 Refference” mô phỏng kiến trúc hybrid song song, “HEV P1 Refference” với kiến trúc song song động cơ điện này sau ly hợp động cơ, … hay đối với xe điện, mô hình “EV Refference” được sử dụng để đánh giá hệ thống truyền lực, thiết kế và lựa chọn thiết bị, mô phỏng điều khiển và chẩn đoán xe điện Tận dụng cơ sở này, nhóm tác giả hướng tới việc tối ưu kết quả mô phỏng, giảm thiểu việc xây dựng và kiểm chứng mô hình mới nhóm tác giả tập trung sử dụng các mô hình trong powertrain-blockset đi xây dựng mô hình xe nền và xe cải tiến
Mục tiêu của mô hình ta được xây dựng nhằm mục đích phục vụ cho quá trình tính toán tối ưu hóa thông số thiết kế của xe cải tiến đồng thời dùng nó để mô phỏng thu thập kết quả đánh giá hiệu suất của xe thông qua mức tiêu hao nhiên liệu trước và sau khi cải tiến, đánh giá độ bền ắc quy thông qua sự thay đổi của SOC ắc quy, đánh giá tính năng vận hành của xe bằng cách mô phỏng đáp ứng của xe cải tiến khi đầy tải với các chu trình thử Các mô hình cần thiết được sử dụng để mô phỏng gồm:
− Mô hình động cơ đốt trong
− Mô hình hộp số CVT
− Mô hình động lực học thân xe
− Mô hình động cơ điện và hộp số
− Các mô hình phụ trợ truyền công suất giữa các khối
2.4.2.1 Mô hình người lái Để đánh giá chất lượng của phương tiện người ta thường sử dụng một chuỗi thử nghiệm được gọi là chu trình thử Chu trình thử chứa yêu cầu thay đổi tốc độ theo thời gian của phương tiện theo các điều kiện vận hành của xe như ngoại thành, thành thị,… Các chu trình thường có chức năng để đánh giá hiệu suất của phương tiện như FTP75, FTP72, NYCC,… Dữ liệu tốc độ trong chu trình thử được người lái sử dụng để điều khiển tăng tốc hoặc giảm tốc phương tiện dựa vào đóng mở bướm ga hoặc phanh, nguyên lý này có thể được sử dụng để mô phỏng người lái sử dụng bộ điều khiển PI để điều khiển tốc độ của phương tiện theo tốc độ trong chu trình thử sử dụng
Hình 2.6 Chu trình thử FTP 75
Khối mô phỏng người lái Longitudial driver block trong powertrain blockset của simulink thực hiện nguyên lí như trên Dựa vào dữ liệu tốc độ yêu cầu của chu trình thử sau đó tính toán mức gia tốc hoặc giảm tốc yêu cầu tương ứng với các giá trị thay đổi trong khoảng (0,1)
Hình 2.7 Mô hình mô phỏng người lái
MÔ HÌNH HÓA XE HYBRID XĂNG ĐIỆN VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HÓA PHÂN PHỐI CÔNG XUẤT
Bộ điều khiển phân phối công suất
3.1.1 Phương pháp quy hoạch động giải bài toán tối ưu rời rạc
Quy hoạch động (dynamic programming) là một ý tưởng được sử dụng để giải bài toán tối ưu do Bellman đóng góp và đã chuyển hóa thành 1 công cụ hỗ trợ rất hữu dụng trong lĩnh vực máy tính Một cách tổng quát và dễ hiểu, ý tửng của Bellman được giải thích như sau: “Mỗi đoạn cuối của quỹ đạng trạng thái tối ưu cũng là một quỹ đạo trạng thái tối ưu”
Bài toán tối ưu hóa điển hình cho phương pháp quy hoạch động là bài toán tìn đường đi ngắn nhất:” Tìm đường đi ngắn nhất từ A đến J, cho biết mạng lưới đường như hình vẽ 3.1
Hình 3.1 Bài toán tìm đường ngắn nhất từ A đến J Áp dụng nguyên lý Bellman, đường đi ngắn nhất được xác định từ nút cuối đến nút đầu Bài toán được phân tích thành các bước từ 1 đến 5 Kí hiệu Nki là nút thứ i ở bước thứ k, J k * ( N ki ) là khoảng cách ngắn nhất từ nút Nki đến nút j, d(Nki, Nk+1,j) là khoảng cách từ nút Nki đến nút Nk+1,j
Quãng đường ngắn nhất từ nút Nki đến nút J được tính như sau:
Lời giải bài toán được thực hiện theo 2 vòng:
− Vòng ngược: đi từ nút cuối đến nút đầu để tìm đoạn đường đi ngắn nhất
• Bước 5: Bắt đầu từ nút đích J 5 * ( N 51 ) = 0
• Bước 4: Đoạn đường ngắn nhất từ nút N41 hoặc N42 đến nút đích:
= + = + • Bước 3: đoạn đường ngắn nhất từ nút N3i đến nút đích, sử dụng kết quả tối ưu tìm được ở bước 4:
J N Đoạn đường ngắn nhất từ
• Bước 2 đoạn đường ngắn nhất từ nút N2i đến nút đích sử dụng kết quả tối ưu tìm được ở bước 3:
J N Đoạn đường ngắn nhất từ
• Bước 1: Đoạn đường ngắn nhất từ nút N1i đến nút đích, sử dụng kết quả tối ưu tìm được ở bước 2
J N Đoạn đường ngắn nhất từ
− Vòng xuôi: đi từ nút đầu đến nút cuối để tìm đường đi tối ưu Đường đi tối ưu: N11→N23→N31→N41→N51
3.1.2 Ứng dụng phương pháp quy hoạch động giải bài toán tối ưu phân phối công suất Plug-in hybrid xăng-điện
Sự xuất hiện của dòng xe HEV nhằm thực hiện các nhiệm vụ mới cho nền công nghiệp như:
− Tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải CO2, Nox các chất thải độc hại khác
− Cải thiện tính năng lái và hiệu xuất xe
− Đảm bảo độ bền cho hệ thống dự trữ năng lượng
Xe được cải tiến phải thực hiện được các nhiệm vụ trên mà quy luật diều khiển hệ thống truyền lực sẽ quyết định mức ý nghĩa của hai yêu tố trên đối với xe nền Với lựa chọn kết cấu cải tiến xe nền theo kiểu song song, hệ thống truyền lực có các chế độ hoạt động gồm:
− Chỉ có động cơ đốt trong hoạt động kéo
− Chỉ có động cơ điện hoạt động kéo xe
− Cả hai động cơ đều hoạt động kéo
− Động cơ đốt trong hoạt động kéo xe và sạc cho ắc quy
Trong mỗi chế độ hoạt động, hệ thống cần đảm bảo cung ứng chính xác mô men kéo yêu cầu mà hiệu suất tốt nhất, đảm bảo ắc quy hoạt động trong vùng SOC tối ưu để đảm bảo độ bề cho ắc quy và năng lượng thu hồi từ quá trình phanh lớn nhất có thể
Luật điều khiển có thể sử dụng để đảm bảo các yêu cầu đối với xe HEV và các chế độ hoạt động của hệ thống truyền lực Để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ đòi hỏi động cơ hoạt động phải giảm xuống và động cơ điện phải tăng cường hoạt động liên tục trong quá trình vận hành xe nên ắc quy sẽ xả điện liên tục và nhanh với các yêu cầu gia tốc liên tục, đặc biệc với giao thông trong thành thị Phương pháp điều khiển Max State-of-Charge of Peaking Power Source được đề xuất để đảm bảo ắc quy luôn hoạt động trong vùng tối ưu đáp ứng các yêu cầu mô men kéo xe Nguyên lý của phương pháp là giám sát tình trạng SOC của ắc quy tốc độ xe, yêu cầu của người lái để thực hiện điều khiển nguồn công suất:
− Khi tốc độ xe thấp hơn tốc độ mà đột cơ đốt trong hoạt động trong vùng tối ưu, hệ thống chỉ có động cơ điện hoạt động kéo, động cơ đốt trong bị tắt hoặc hoạt động ở chế độ cầm chừng
− Khi yêu cầu công suất lớn hơn phần công suất động cơ có thể sản sinh trong vùng tối ưu, cả hai động cơ đều sẽ hoạt động
− Khi yêu cầu công suất nằm trong vùng công suất tối ưu của động cơ đốt trong, phần công suất mà động cơ phải cung cấp gồm công suất kéo xe
41 và công suất nạp lại ắc quy nếu SOC hiện tại đang nằm ngoài vùng tối ưu, ngược lại chỉ có động cơ đốt trong hoạt động để cung cấp công suất kéo
− Công suất phanh sẽ bao gồm phanh tái sinh và phanh từ hệ thống phanh của xe Khi công suất phanh yêu cầu từ người lái thấp hơn hoặc bằng phanh tái sinh thì chỉ có quá trình phanh này hoạt động, ngược lại quá trình phanh sẽ kết hợp cả hai Để thực hiện được nhiệm vụ cung cấp sức kéo theo nguyên tắt trên, động cơ đốt trong cần hoạt động trong vùng hiệu suất cao, động cơ điện hoạt động trong vùng SOC tối ưu của ắc quy để đảm bảo độ bền Như vậy công suất động cơ đốt trong và SOC sẽ có những giới hạn, việc tìm luật phân phối công suất kéo theo yêu cầu người lái sẽ được thực hiện trên miền này:
_ min _ max e e e demand demand demand
− Pe, Pe_min, Pe_max lần lượt là công suất động cơ, công suất động cơ tối thiểu và công suất tối đa động cơ có hiệu suất lớn nhất
− SOC, SOCmin, SOCmax lần lược là SOC của ắc quy, SOC nhỏ nhất và SOC lớn nhất mà ắc quy tối ưu
− Pdemand, Pdemand_min, Pdemand_max lần lượt là công suất kéo yêu cầu, công suất kéo yêu cầu nhỏ nhất, công suất kéo yêu cầu lớn nhất
Với các yêu cầu công suất kéo yêu cầu lớn hơn miền được xem xét, cả hai động cơ sẽ hoạt động với công suất cực đại cho phép
42 Quay lại với mục tiêu của xe cải tiến, ta có thể xây dựng một bài toán tối ưu hóa với xe cải tiến để tìm ra luật phân phối công suất kéo trong miền được xét (3.1.1), tuy nhiên việc vừa tiết kiệm nhiên liệu và yêu cầu tính năng lái có tính đối ngược nhau, không thể nào đạt cả hai mục tiêu cùng một lúc, với một chiếc xe mạnh mẽ không thể nào tiết kiệm nhiên liệu, chính vì vậy việc tối ưu hóa đó chính là cân bằng giữa hai yếu tốt và xe cải tiến phải đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu hơn so với xe nền Tính đối nghịch giữa 2 vấn đề trên ta có thể đánh giá bằng trọng số mô tả ảnh hưởng của hai yếu tố mô tả tại mỗi trạng thái
X = P SOC V với (Pdemand, SOC), V là tốc độ xe nằm trong miền 3.1, tại vị trí này động cơ đốt trong hoạt động với mức công suất uglobal, động cơ điện hoạt động với mức công suất umot = Pdemand – uglobal thì tổng chi phí được mô tả bởi hàm mục tiêu 3.2
Electric energy consumption Electric energy consumption Fuel consumption opt
J c c c k f u SOC SOC k Ge X SOC SOC c k SOC SOC
C1 biểu thị lượng nhiên liệu tiêu thụ (có thể dùng f g Ws e ( / )- mức tiêu thụ nhiên liệu riêng hoặc Ge mức tiêu hao nhiên liệu động cơ khi động cơ hoạt động tại công suất uglobal) và lượng điện tiêu thụ (SOC0 là mức SOC ban đầu của ắc quy) là trọng số biểu thị cho công suất phân phối giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, hệ số này cho biết mức độ hoạt động giữa hai động cơ, hệ số này càng lớn động cơ điện sẽ hoạt động ít hơn và động cơ đốt trong sẽ hoạt động nhiều hơn, đồng nghĩa với mức tiêu hao nhiên liệu sẽ lớn hơn Động cơ điện có nhiều chế độ hoạt động trong xe hybrid, là động cơ sản xuất mô men kéo, là máy
43 phát trong phanh tái sinh, do đó SOC tăng và giảm liên tục trong quá trình hoạt động của nó nên biểu thức SOC(X)-SOC0 được thay thế thành (SOC(X)-SOC0) 2 Ắc quy có thể bị phá hủy nhanh chóng nếu sự dao động SOC lớn, biểu thức c2 được thiết lập để đánh giá đảm bảo độ bền của ắc quy Như vậy việc tìm ra quy luật điều khiển hệ thống truyền lực được giải dựa vào hàm chi phí 3.2, đảm bảo chi phí nhỏ nhất tại các trọng số k1, k2, được chọn, tiêu chí để lựa chọn 3 hệ số nay sẽ dựa trên mục tiêu mà xe cải tiến hướng tới, sau khi chọn lựa các hệ số trên chúng ta sẽ ứng dụng Dynamic Programming (DP) để giải bài toán này
3.1.2.1 Áp dụng DP giải bài toán tối ưu hóa phân phối công suất
Mô hình xe nền
Hình 3.5 Mô hình xe air blade 125c
Hình 3.6 Khối mô phỏng động cơ và hộp số Động cơ và hộp số được xây dựng bằng cách sử dụng khối “Mapped SI Engine” được trình bày trong mục 2.2 kết hợp với một số công cụ phụ trợ liên kết cả mô hình lại với nhau, mô hình động cơ có nhiệm vụ tính toán mô men tại trục khuỷa động cơ – trục sơ cấp của hộp số theo tốc độ động cơ Hộp số có nhiệm vụ tính toán tốc độ động cơ, và truyền công suất đến mô hình bánh xe sau trong hình 3.6, tỉ số truyền của hộp số sẽ thay đổi theo tải (độ mở bướm ga) và tốc độ của xe (được quy đổi sang tốc độ trục thứ cấp của hộp số) mô tả như hình 3.16 và được đặt trong khối “Tranmission Controller” với đầu vào của khối là độ mở bướm ga và tốc độ của trục sơ cấp hộp số Giá trị tỉ số truyền đưa vào mô hình hộp số yêu cầu là một giá trị trong miền rời rạc, tuy nhiên ngõ ra của bộ
49 điều khiển mà tác giả thiết lập là giá trị trong miền thời gian liên tục, để không ảnh hưởng đến tính chính xác của mô hình đồng thời phù hợp với yêu cầu của hộp số, nhóm tác giả thêm một khối “Memory” trên đường truyền tỉ số truyền từ bộ điều khiển hộp số đến hộp số nhằm mục đích thỏa mãn yêu cầu của hộp số, vì thời gian lấy mẫu của “Memory” khá nhỏ, điều này không gây ảnh hưởng lớn đến dạng tín hiệu mà giữa ngõ vào và ngõ ra của nó
Công suất từ đầu ra của hộp số truyền đến bánh xe bằng cách sử dụng kết hợp khối “Two-Way Connection” và “Torsional Compliance” chuyển từ tốc độ trục ngõ ra (Trục thứ cấp truyền lực cuối đặt trong hộp số) sang công suất và truyền công suất đi tới bánh xe bằng tín hiệu có dạng “Simscape”
Hình 3.7 Cụm bánh xe trước và sau
Công suất từ hộp số sẽ được bánh xe tiếp nhận và tính toán mô men tại trục bánh xe nhờ khối “Two-Way Connection”, khối này tín hiệu simscape từ hộp số và tốc độ góc bánh xe trong cùng thời điểm sau đó tính mô men tại trục bánh xe
50 tại thời điểm đó, khối bánh xe sẽ nhận mô men này sau đó tính toán lực kéo bánh xe “Fx” để làm ngõ vào của cho một khối “Two-Way Connection” khác, khối này có nhiệm vụ tính tốc độ di chuyển của tâm bánh xe hay tốc độ xe “Vx”, tốc độ này được dùng để tính tốc độ góc của bánh xe, tương tự phần công suất có dạng simscape từ ngõ ra còn lại được chuyển đến khối động lực học thân xe (hình 3.7) để tính lực các lực kéo bánh xe trước và sau theo tốc độ xe Lực cản lăn sẽ được tính tại bánh xe theo những quy luật được trình bày trong mục 2.4 Khối động lực học thân xe tính các phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe sau đó truyền ngược về cho bánh xe đồng thời lực cản gió cũng được khối này đảm nhiệm tính toán
Hình 3.8 Khối động lực học thân xe
Tổng quát, đầu vào của mô hình đó là vận tốc yêu cầu cho xe và ngõ ra cuối cùng đó vận tốc xe, công suất động cơ, mức tiêu hao nhiên liệu động cơ
Mô hình xe cải tiến
Hình 3.9 Mô hình xe cải tiến
Về cơ bản xe cải tiến được xây dựng dựa trên mô hình xe nền chính vì vậy 2 mô hình có những điểm tương đồng và một số điểm khác nhau, chủ yếu ở việc tính toán tốc độ động cơ và được bổ sung khối công suất ở bánh trước là động cơ điện và mô hình bộ điều khiển phân phối công suất
Khối động cơ về cơ bản giống với mô hình xe nền, tuy nhiên phần tính toán tốc độ động cơ ngoài việc phụ thuộc vào li hợp, nó còn phụ thuộc vào yêu cầu công suất của động cơ đốt trong và động cơ điện Khi chỉ có động cơ điện hoạt động cung cấp công suất gia tốc xe, động cơ đốt trong không hoạt động hoặc hoạt động cơ chế độ cầm chừng thì ly hợp tách động cơ và bánh sau, để tiết kiệm tối đa lượng nhiên liệu, nhóm tác giả cho động cơ tắt trong trường hợp này, chính vì vậy tốc độ động cơ ở trường hợp này bằng 0 Trong các trường hợp tốc độ xe được duy trì cố định, bộ điều khiển sẽ thực hiện phanh và tăng tốc để có thể duy trì tốc độ, điều này gây ra hiện tượng bật tắt động cơ đốt trong liên tục do yêu cầu công suất tăng tốc và tận dụng phanh động cơ trong quá trình phanh, để tránh trường hợp trên, quá trình phanh sẽ thực hiện chủ yếu ở phanh tay và phanh tái sinh, động cơ sẽ được tách hoàn toàn trong trường hợp trên nếu không
52 yêu cầu công suất kéo Việc xây dựng chức năng này rất quan trọng khi tiến hành mô tả hành vi của động cơ đốt trong trên xe cải tiến tuy nhiên với những công cụ hiện tại thì yêu cầu về độ chính xác cao về động học và động lực học với mô hình cực kì phức tạp, do đó nhóm tác giả chỉ thực hiện mô tả đóng và cắt ly hợp với hai trạng thái “0” ngắt và “1” đóng để mô tả cho hành vi trên với các điều kiện hoạt động dựa vào tốc độ động cơ và yêu cầu momen cho động cơ điện và động cơ đốt trong Tổng quát phương pháp trên được mô tả trong hình 3.10 và 3.11
Hình 3.10 Mô hình động cơ đốt trong xe cải tiến
Hình 3.11 Bên trong khối Clutch
Việc mô tả quy luật bằng các công cụ simulink gây khuếch đại mô hình, để cho mô hình dễ hiểu, nhóm tác giả hướng tới việc sử dụng thêm công cụ mô tả mô hình bằng đoạn chương trình matlab
Ngõ ra của khối này là tốc độ động cơ dựa trên quy luật phụ thuộc vào yêu cầu hoạt động của động cơ đốt trong và động cơ điện được diễn giải ở trên Động cơ điện và hệ thống dự trữ năng lượng như hình 3.12 Mô hình sử dụng khối
“Mapped Motor” được trình bày trong mục kết hợp với mô hình hộp số một cấp và một số mô hình phụ trợ khác để hình thành mô hình hoàn chỉnh với đầu vào là mô men yêu cầu động cơ điện và ngõ ra cuối cùng là công suất đến bánh trước có dạng simscape Cụ thể trong mô hình, động cơ điện tính mô men tại trục theo đặc tính được thiết lập trong khối, mô men tại trục phụ thuộc vào tốc độ động cơ được tính bởi hộp số, đồng thời mô hình tính dòng điện cung cấp cho khối dự trữ năng lượng Hộp số nhận mô men từ động cơ và truyền công suất đến bánh xe trước của mô hình bằng phương thức tương tự như truyền công suất từ hộp số động cơ đốt trong đến bánh xe sau
Hình 3.12 Mô hình động cơ điện và hệ thống dự trữ năng lượng
Mô hình ắc quy sử dụng khối “Datasheet Battery” được trình bày trong mục
4.5, khối này có hai ngõ vào đó là dòng điện và nhiệt độ ắc quy, nhằm giảm số lượng các tham số xem xét và tập trung vào các tiêu chí lớn hơn là mức tiêu hao nhiên liệu và mức đáp ứng của xe cải tiến, nhóm tác giả cố định nhiệt độ của ắc quy bằng nhiệt độ của môi trường trong suốt quá trình mô phỏng Ngõ ra của ắc quy là điện áp cấp cho mô tơ điện
Khối điều khiển phân phối công suất được xây dựng sử dụng bộ điều khiển phân phối công suất kéo được trình bày trong mục 4.6.3 kết hợp với một số bổ sung cần thiết để có ngõ ra là mô men yêu cầu của động cơ đốt trong, mô men yêu cầu động cơ điện và mô men phanh tay yêu cầu phù hợp Trung tâm của mô hình điều khiển là “Lockup table” 3 chiều với các ngõ vào gồm công suất kéo yêu cầu, dung lượng hiện tại SOC, vận tốc hiện tại của xe Từ 3 ngõ vào và các kết quả của Dynamic programing khối này sẽ nội suy công suất yêu cầu cho động cơ đốt trong và công suất động cơ điện sẽ là phần bù cho công suất thực tế còn thiếu so với công suất kéo yêu cầu
Hình 3.13 Mô hình bộ điền khiển phân phối công suất
Sơ lược mô hình có ngõ vào là 2 tín hiệu gia tốc và giảm tốc từ khối người lái, sau đó sử lý tín hiệu để tạo các tín hiệu nhằm thực hiện các các nhiệm vụ phân phối công suất và phanh tái sinh, khi kéo, công suất yêu cầu cho động cơ được nội suy từ các dữ liệu tính được ở mục 4.6 công suất động cơ điện sẽ bù cho phần công suất còn thiếu của động cơ đốt trong trong suốt quá trình gia tốc Từ công suất mô men yêu cầu sẽ được tính theo tốc độ của các mỗi động cơ Phanh tái sinh được xây dựng tương tự như quy luật trong mục 4.4, với mục tiêu đó là tận dụng tối đa lượng phanh tái sinh của động cơ điện, phần yêu cầu phanh còn thiếu được bù bởi hệ thống phanh của xe nền
Hình 3.15 Khối Motor Torque and Regenerative Brakes
Tính toán chọn các thông số động cơ điện nguồn lưu trữ điện
3.4.1 Thông số xe Air Blade 125cc Đối với các thông số của xe nền chúng ta cần quan tâm đến các thông số quan trọng của động cơ, các kích thước, hệ số động lực học để có thể mô phỏng
Với mô hình động cơ chúng ta cần biết hai thông số là công suất (hoặc mô men thực) của động cơ theo tốc độ động cơ và độ mở bướm ga để mô phỏng động lực học động cơ, tiếp đến ta cần thông số về mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo bướm ga và tốc độ động cơ
Hình 3.16 Đặc tính mô men của động cơ
Hình 3.17 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của động cơ
Hình 3.18 Đặc tính tỉ số truyền của hộp số CVT
58 Các thông số kích thước cần được xác định để tính toán khí động học trong mô hình mô phỏng động lực học thân xe:
− Khối lượng xe: Mv = 113kg
− Khối lượng người lái và hành khách: Mr = 65kg
− Bán kính bánh xe trước sau: rd = 0.21m
− Thông số kích thước xe:
• Khoảng cách theo phương ngang từ trọng tâm xe đến trục bánh trước: a = 0.673m
• Khoảng cách theo phương ngang từ trọng tâm xe đến trục bánh sau: b = 0.673m
• Hệ số cản gió Cd = 0.55
• Diện tích cản gió Af = 1.15 m 2
• Hệ số ma sát xem xét fr = 0.015
3.4.2 Tính toán chọn động cơ điện và ắc quy
3.4.2.1 Lựa chọn động cơ điện Đặc tính kéo của mô tơ được biểu thị bằng x được tính bằng tỉ lệ tốc độ cực đại nmax mà mô tơ đạt được trên tốc độ cơ sở nb của động cơ tỉ lệ này càng nhỏ tương ứng với Vb càng lớn hiệu quả gia tốc tăng lên do vùng sản sinh moment cực đại của động cơ được kéo dài, tuy nhiên tỉ lệ này có giới hạn như động cơ điện BLDC có x < 2 Ưu điểm của động cơ điện đó đến từ khả năng sản sinh mô men cực đại nhanh và đạt được công suất kéo cực đại sớm so với động cơ đốt trong, do đó hộp số thường không góp mặt trong các hệ thống truyền lực sử dụng động cơ điện hoặc có nhưng chỉ sử dụng 1 cấp tỉ số truyền hoặc dùng bánh răng hành tinh Hình 3.19 thể mô tả đặc tính này của động cơ điện
Hình 3.19 Đặc tính mô men mô tơ điện
Gia tốc có vai trò quan trọng hơn so với hai yêu cầu leo dốc và tốc độ cực đại, môi trường hoạt động của xe cải tiến đước xem xét trong nội thành, tình trạng giao thông cực kì phức tạp đông đúc, xe cần đạt gia tốc phù hợp để có thể di chuyển nhanh Yêu cầu gia tốc xe đánh giá bằng thời gian ta mà xe tăng tốc từ 0 đến tốc độ xác định cho trước Vf Quá trình gia tốc của xe sử dụng động cơ điện được chia thành 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 gia tốc từ 0 đến vận tốc Vb mà tại đó công suất động cơ điện đạt giá trị cực đại, giai đoạn 2 xe gia tốc từ Vb đến Vf, khi đó thời gian đạt tốc độ Vf được tính bằng tổng thời gian của hai giai đoạn:
Hình 3.20 Đặc tính mô men kéo động cơ điện theo tốc độ xe
Việc đánh giá gia tốc của xe thông qua biểu thức 3.9 khá khó, một số giả thuyết sau được đề xuất để ước lượng công suất cần thiết cho mô tơ điện Vận tốc của xe trong cả quá trình được sấp sỉ với biểu thức f a
Từ (3.10) biểu thức công suất cản trung bình do lực cản không khí gây ra sẽ được mô tả như biểu thức (3.11)
= + + + (3.11) khi đó tổng công suất kéo để xe gia tốc từ 0 đến vận tốc Vf trong khoảng thời gian ta được xác định như phương trình
Theo nguyên lý Hybrid động cơ đốt trong sẽ phát ra công suất cân bằng với nhóm công suất cản 2 1 3
3M gf V v r f +5 a C A V D f f , phần còn lại động cơ điện sẽ bổ sung trong quá trình gia tốc: ( 2 2 )
+ , như vậy công suất định mức của động cơ điện tối thiểu sẽ là:
Hệ số khối lượng có thể ước lượng với biểu thức kinh nghiệm cho xe di chuyển trong nội thành: 𝛿 = 1 + 𝛿 1 + 𝛿 2 𝑖 𝑔 2 với 𝛿 1 = 0.04, 𝛿 2 = 0.0025 Tác giả mong muốn xe thực hiện gia tốc từ 0 đến Vf = 60km/h trong khoảng thời gian ta = 10s, thông thường các động cơ điện tích hợp trong bánh xe có hộp số với tỉ số truyền ig = 1, tương đương với 𝛿 = 1.1025, từ (3.13) ước lượng được công suất động cơ cần chọn có công suất định mức tối thiểu PmC98.05W Trên thực tế, trong quá trình gia tốc, động cơ đốt trong sẽ hỗ trợ cho động cơ điện để gia tốc (hình 3.21-22), nhờ vậy công suất gia tốc tối thiểu Pm của động cơ điện có thể giảm xuống Để xây dựng đồ thị 3.22 cho đối tượng thiết kế đang xét, phương trình 3.10 được sử dụng để xây dựng sự thay đổi tốc độ trong quá trình gia tốc, sau đó dựng đường tổng mô men cản sử dụng phương trình 3.14 với các thông số xe trong mục 3.1:
62 Sau cùng dựng đường công suất động cơ theo tốc độ xe ở chế độ bướm ga mở hoàn toàn, hộp số hoạt động ở tỉ số truyền nhỏ nhất (hình 3.18) Sau khi có kết quả (hình 3.22) ta tính giá trị công suất động cơ đốt trong trung bình trong quá trình gia tốc Peavg (biểu thức 3.15), công suất định mức tối thiểu cuối cùng P’m Pm-Peavg.
Hình 3.21 Đồ thị công suất động cơ đốt trong trong quá trình gia tốc
Hình 3.22 Ước lượng công suất động cơ đốt trong trong quá trình gia tốc
Theo hình 3.22 công suất động cơ sử dụng trong quá trình gia tốc là Peavg là 3.350 kW, công suất động cơ điện ước tính còn:
P’m = Pm - Peavg = 4398.05-335048.05W Vậy động cơ điện cần lựa chọn có công suất định mức tối thiểu 1048.05W, trên thị trường hiện nay có nhiều loại động cơ tích hợp bên trong bánh xe có công suất phổ biến trong khoảng từ 1-2kW, tác giả lựa chọn động cơ QS 48V 1200W để sử dụng trong cải tiến
64 Dựa vào thông số do nhà cung cấp ta nhận thấy rằng mô men cực đại và motorr này sản sinh ra được là 109.2 (Nm), hiệu suất cực đại 86% Dựa vào các nghiên cứu về hiệu xuất của động cơ điện BLDC, động cơ điện phụ thuộc vào tải và tốc độ của động cơ:
Hình 3.23 Hiệu suất động cơ theo tốc độ và mô men yêu cầu
3.4.2.2 Thiết kế nguồn dự trữ năng lượng
Hiện nay hầu hết các công việc đều có sự xuất hiện của điện năng cho thấy vai trò năng lượng điện ngày càng lớn nhờ sự thuận tiện trong việc dự trữ, di chuyển và chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, đặc biệt đó là cơ năng, loại năng lượng đóng vai trò chủ đạo Trong nền công nghiệp điện, sự phát triển các nguồn sản xuất, dự trữ năng lượng điện đặc biệt quan trọng cần được giải quyết trước để có thể phát triển các ứng dụng điện năng
Việt Nam cũng đã và đang hòa mình với sự phát triển các vấn đề trên, với 2 loại thiết bị thông dụng thường được dùng đó là ắc quy và pin, có thể dễ dàng tìm và xây dựng một khối pin hoặc ắc quy thành các bộ nguồn dự trữ năng lượng điện phù hợp với ứng dụng, tuy nhiên mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng cần đánh giá chúng và chọn phương pháp phù hợp với ứng dụng Để xe cải tiến cần phải đạt được các chỉ tiêu về nhiên liệu độ bền theo thời gian sử dụng, nguồn điện năng phải đáp ứng được các yêu cầu về hiệu suất của xe và đảm bảo độ bền của nó qua các lần nạp xả trong quá trình sử dụng xe Dung lượng của nguồn lưu trữ ta cần phân tích cụ thể bằng phương pháp mô phỏng tính toán lượng tiêu hao điện của xe theo một chu trình chạy thử cụ thể
3.4.2.3 Thông số cell pin Lithium Để có thể mô phỏng được xe cải tiến trước hết xây dựng các chuỗi thông số của nguồn dự trữ và động cơ điện Các thông số đặc trưng cần phải có đối với khối dự trữ đó là: Sự thay đổi điện áp hở mạch của pin theo sự thay đổi của dung lượng pin, sự thay đổi nội trở của pin theo nhiệt độ pin và dung lượng pin, khối dự trữ được xây dựng từ các cell pin Lithium nên chỉ cần các đặc tính trên của một cell sau đó xác định đặc tính của cả khối dựa theo các mối quan hệ giữa các cell khi lắp ghép chúng
66 Việc xác định sự thay đổi điện áp hở mạch VOC(SOC) đơn giản nhất đó là thiết lập một mạch xả cho cell pin và sử dụng thiết bị đo điện áp, SOC để ghi lại các thông số thực nghiệm, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi thời gian và chi phí khá cao để xây dựng hệ thống ghi lại số liệu thực nghiệm, bên cạnh đó số lượng dữ liệu thu thập rất lớn gây khó khăn trong việc tìm ra đặc tính của pin Một trong những phương pháp giúp giảm chi phí và dễ dàng khi thu thập dữ liệu được Mathwork sử dụng đề xuất để giải quyết vấn đề trên đó xây dựng mô hình mạch tương đương Cell Pin ước lượng các thông số cell pin dựa trên việc cấp tải theo dạng xung sau đó ghi lại quá trình thay đổi Voc – Layered Technique, phương pháp này giúp giảm số lượng dữ liệu thu được mà vẫn có thể thu được đặc tính của pin với sai số nhỏ vì vậy bài nghiên cứu sử dụng kết quả của phương pháp trên làm số liệu để mô phỏng pin trong mô hình
Hình 3.24 Điện áp hở mạch của cell pin lithium
Hình 3.25 Nội trở 1 cell pin ắc quy
3.4.2.4 Ước lượng công suất và dung lượng ắc quy
Nguồn dự trữ năng lượng được thiết kế chủ yếu gồm công suất và năng lượng tích trữ Công suất của nguồn phải lớn hơn công suất công suất kéo cực đại của động cơ điện: m s m
Năng lượng tích trữ được thiết kế sao cho phù hợp với yêu cầu của xe Như trong đầu đề ra động cơ cần đạt yêu cầu gia tốc thiết kế, trong quá trình đó tổng năng lượng sẽ được tính theo phương trình:
Kết quả mô phỏng với các thông số thiết kế
Hình 3.28 Kết quả mô phỏng xe nền với chu trình thử NYCC
Kết quả mô phỏng với chu trình chạy thử với tốc độ xe bám tốt theo vận tốc của chu trình Công suất yêu cầu tối đa của động cơ ở mức 8.2kW tại thời điểm
197 giây, mức tiêu hao nhiên liệu trong cả chu trình khoảng 0.08kg tương ứng với 0.112l xăng A95
Hình 3.29 Chu trình Janpanse 10-15 mode
Với chu trình Janpanese 10-15 mode ta có thể thấy rõ hơn phần công suất âm của động cơ đốt trong – động cơ hoạt động khi phanh, công suất cực đại chu trình yêu cầu động cơ là 6.1kW tại thời điểm 523s Tốc độ xe bám theo tốc độ yêu cầu chu trình thử rất tốt với lượng nhiên liệu tiêu thụ trong cả chu trình khoảng 0.155kg tương đương 0.21l xăng A95
Hình 3.30 Chu trình ECE Single Cycle
Chu trình ECE, xe nền có kết quả rất tốt, bám tốt theo mô vận tốc yêu cầu từ chu trình thử, lượng nhiên liệu tiêu thụ cho cả chu trình ở mức 0.047kg tương ứng với 0.065l xăng A95, công suất yêu cầu động cơ tối đa là 4.2kW tại thời điểm 143s
Hình 3.31 Chu trình ECE Single Cycle
Với xe cải tiến, chu trình ECE chu trình đơn, tốc độ xe bám khá tốt theo chu trình tuy có một số thời điểm có độ trễ nhưng không ảnh hưởng quá lớn Động cơ điện và động cơ đốt trong được phân phối công suất đảm bảo hoạt động trong vùng cho phép, bên cạnh đó động cơ đốt trong hoạt động với mức công suất thấp hơn so với xe nền và mức độ hoạt động cũng giảm đi, điều này dẫn đến lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm xuống đúng theo yêu cầu cải tiến, trong hình 4.7.15 ta có thể thấy đối với chu trình ECE dung lượng pin hiện ở thời điểm mô phỏng là 100% thì động cơ điện hoạt động cấp công suất kéo nhiều hơn so với phanh tái
76 sinh và động cơ xăng hoạt với mức công suất kéo lớn nhất 3100W ít hơn so với xe nền (4300W), lượng nhiên liệu tiêu thụ trong cả chu trình là 0.015kg tương đương 0.02l xăng A95 ở điều kiện thường Dung lượng của ắc quy giảm xuống còn 99.2%, vì dung lượng pin sẽ hoạt động trong vùng tối ưu quãng đường tối đa đi được của xe theo chu trình ECE tương ứng 63.8km, quãng đường này phù hợp với mục tiêu cải tiến Một số kết quả mô phỏng với chu trình NYCC và chu trình Japanese 10-15 mode được mô tả trong các hình dưới đây
Hình 3.32 Công suất động cơ đốt trong và lượng nhiên liệu tiêu hao giữa xe nền (chỉ số 1) và xe cải tiến (chỉ số 2)
So với xe nền, công suất kéo của xe cải tiến được phân bố thành hai dòng công suất kéo 1 phần công suất kéo yêu cầu được chia cho động cơ đốt trong và phần còn lại được thực hiện bởi động cơ điện, nhờ vậy động cơ đốt trong giảm được mức tiêu hao nhiên liệu Trên đồ thị hình 3.32 ta có thể thấy rõ ràng hơn trong chu trình ECE lượng nhiên liệu tiêu hao (Fuel Consumption 2) do động cơ đốt trong tiêu hao trên xe cải tiến thấp hơn nhiều so với động cơ đốt trong trên xe
77 nền (Fuel Consumption 1), bên cạnh đó công suất kéo động cơ đốt trong phát ra trên xe cải tiến (Engine Power 2) thấp hơn so với xe nền (Engine Power 1) Quy luật này đúng khi thử trên các chu trình chạy thử khác như Japanese 10-15 mode, NYCC,… Một số kết quả mô phỏng khác được trình bày bên dưới
Hình 3.33 Chu trình Japanese 10-15 Mode
Hình 3.34 Công suất động cơ đốt trong và lượng nhiên liệu tiêu hao giữa xe nền (chỉ số 1) và xe cải tiến (chỉ số 2) chu trình Japanese 10-15 mode
So với chu trình ECE dải công suất kéo yêu cầu mở rộng hơn, chu trình Japanese 10-15 mode xe nền và xe cải tiến vẫn có thể đáp ứng được, vận tốc có thể bám theo được chu trình, các kết quả tượng về công suất và lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ đốt trong tương tự như chu trình ECE đến cuối chu trình lượng nhiên liệu tiêu hao thấp hơn nhiều so với xe nền Lượng công suất phân phối cũng được thấy rõ hơn theo từng dải, động cơ đốt trong trên xe nền cung cấp lượng công suất kéo cao hơn so với xe cải tiến, bên cạnh đó động cơ không còn cung cấp mô men phanh như xe nền trong trường hợp chỉ có động cơ điện cung cấp công suất kéo
Với trường hợp yêu cầu gia tốc lớn, và công suất kéo lớn chúng ta có thể thấy trong trường hợp mô phỏng xe nền và xe cải tiến với chu trình NYCC (hình 3.35–36)
Với kết cấu hiện tại xe cải tiến vẫn có thể đáp ứng được cách vận hành xe trong điều kiện chạy thử NYCC, kết quả vận tốc xe bám tương đối tốt theo vận tốc của chu trình Động cơ điện hoạt động với dải công suất lớn trong trường hợp này, cho thấy cho trình NYCC có yêu cầu công sất kéo lớn tuy nhiên so với Japanese 10-15 hay ECE ta thấy có sự khác biệt trong việc phân phối công suất giữa động cơ điện và động cơ đốt trong, động cơ điện hoạt động với tần suất lớn hơn so với động cơ đốt trong, điểm này có thể cho thấy NYCC cho mức yêu cầu công suất kéo rất lớn ứng với các trường hợp yêu cầu gia tốc cao, hơn thế nữa xe
80 cải tiến có thể đáp ứng tốt trong chu trình NYCC chứng minh được rằng hiệu suất xe cải tiến đạt yêu cầu
Hình 3.36 Công suất động cơ đốt trong và lượng nhiên liệu tiêu hao giữa xe nền (chỉ số 1) và xe cải tiến (chỉ số 2) chu trình NYCC
Xét về mặt tiêu hao nhiên liệu ta có thể thấy rằng lượng nhiên liệu tiêu hao thấp hơn so với xe nền, kết quả này tương tự như các kết quả của các chu trình khác
Bảng so sánh mức tiêu hao nhiên liệu của giữa xe nền và xe cải tiến
Chu trình thử Nhiên liệu tiêu thụ
Xe nền Xe cải tiến NYCC 5.89 (l/100km) 3.32(l/100km) Japanese 10-15 mode
5.05 (l/100km) 3.56 (l/100km) ECE 6.42 (l/100km) 2.15(l/100km)
Bảng 3.1 Bảng so sánh kết quả mô phỏng
81 Bảng 3.1 cho thấy sự khác biệt giữa mức tiêu hao nhiên liệu xe nền và xe cải tiến, cụ thể với chu trình NYCC xe cải tiến tiết kiệm 43.75% nhiên liệu so với xe nền, 26.95% với chu trình Japanese 10-15 mode, 66.15% với chu trình ECE Điều này phản ảnh rất nhiều kết quả đáng lưu tâm, lượng nhiên liệu tiêu hao phụ thuộc cách vận hành phương tiện của người tài, với giao thông đô thị nội thành đông đúc, yêu cầu gia tốc thay đổi liên tục (chu trình thử NYCC), do đó động cơ đốt trong luôn hoạt động ở tỉ số truyền lớn vì vậy động cơ tiêu hao rất nhiều nhiên liệu, với xe cải tiến, các yêu cầu gia tốc được động cơ Điện áp ứng thay cho động cơ đốt trong vì vậy lượng nhiên liệu tiêu hao giảm đi đáng kể Đối với giao thông trên các đoạn đường dài, tình trạng giao thông không đông đúc, ít trạm đèn tín hiệu giao thông (chu trình Japanese 10-15 mode, chu trình ECE), không yêu cầu thay đổi tốc độ liên tục mức độ tiêu hao nhiên liêu ít hơn
Bộ điều khiển phân phối công suất cũng ảnh hưởng trực tiếp đến mức tiêu hao nhiên liệu của xe cải tiến, bởi nó hoạt động dựa vào năng lượng dự trữ còn lại của ắc quy mà phân phối cho phù hợp, đồng thời thu hồi tối đa năng lượng trong quá trình phanh Các việc làm này cần được hiểu và đánh giá một cách cụ thể để có thể đánh giá quãng đường đi và lượng nhiên liệu tiêu hao trong cả chu trình, đây cũng chính là hai mục tiêu đầu tiên mà xe cải tiến cần đạt được Kết quả phân tích hoạt động của bộ điều khiển phân phối công suất được mô tả trong các hình 3.37-38
Hình 3.37 Kết quả mô phỏng chu trình NYCC với mức SOC = 75%
Trong trường hợp vận hành xe khi mức dung lượng pin còn lại thấp hơn 100% ta vẫn có thể thấy rằng xe vẫn có thể đáp ứng được ngay cả trong điều kiện yêu cầu gia tốc lớn, công suất kéo cao như NYCC xe cải tiến vẫn có thể đáp ứng tốt Điểm khác biệt ở đây chính là sự phân bố lại công suất kéo Nhóm tác giả thực hiện mô phỏng trên cùng một chu trình chạy thử NYCC với mức dung lượng ban đầu 75%, 50% để có thể thấy rõ hơn việc phân bố lại công suất kéo của xe cải tiến Việc làm này nhằm đảm bảo hiệu suất xe và độ bền cho hệ thống điện của xe
Hình 3.38 Kết quả mô phỏng chu trình NYCC với mức SOC = 50%
Kết quả mô phỏng mô tả trong hình 3.37 và 3.38 mô tả hoạt động của bộ điều khiển tối ưu hóa phân phối công suất, với các mức SOC ban đầu khác nhau tốc độ xe vẫn bám tốt theo chu trình thử, tuy nhiên việc phân phối công suất và phanh tái sinh thay đổi Khi dung lượng ắc quy càng thấp, motor điện hoạt động ở chế độ phanh nhiều hơn so với chế độ kéo và trong trường hợp đó động cơ đốt trong cung cấp nhiều công suất kéo hơn để bù vào phần còn thiếu, chỉ trong các trường hợp công suất yêu cầu vượt quá công suất nằm trong vùng tối ưu thì ắc quy sẽ cung cấp điện cho moto để cung cấp công suất kéo So với kết quả mô phỏng trong hình 3.35, khi mức SOC còn lại của ắc quy càng thấp thì công suất
TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ XE CẢI TIẾN
Thuật toán Balancing Composite Motion Optimazation Equation Chapter 4 Secti on 1
Đối với các bài toán tối ưu phức tạp thường được xét trong một miền S xác định mà trên miền đó tồn tại một điểm O là điểm tối ưu toàn cục, tại O tất cả các điểm trên miền đều có xu hướng về mặt khác nếu giả xử các điểm trên mặt S đều có chuyển động vật lý không chịu tác động của ngoại lực thì xu hướng chuyển động của chúng đều sẽ hướng về O, các nguyên lý tối ưu cơ bản cũng đều dựa trên cơ sở này Mặc dù vậy không phải miền S nào cũng có thể tìm O một cách dễ dàng bởi vì ngoài điểm tối ưu toàn cục, chúng còn có những điểm tối ưu khác mà tại đó các điểm xung quanh nó cũng có xu hướng về nó, điểm đó được gọi là điểm tối ưu cục bộ vì vậy ngoài việc xác định điểm tối ưu chúng ta cần xác định điểm đó là điểm tôi ưu toàn cục hay dịa phương và giá trị tốt nhất của hàm mục tiêu trong số các điểm cực trị cục bộ có mức hạng cao nhất trong vùng của nó đồng thời luôn có một vùng tối ưu cục bộ chứa điểm tối ưu cục bộ và trong trường hợp đó vùng này được gọi là vùng tối ưu toàn cục và điểm O có hạng cao nhất, vì vậy khi ta đánh giá hàm mục tiêu và xếp hạng các điểm tối ưu toàn cục ta sẽ nhận được điểm tối ưu cục bộ Tổng quát bài toán tối ưu với d yếu tố thiết kế được giải trong vùng S R d , BCMO vận dụng kỹ thuật dữ liệu tạo ngẫu nhiên một số giải pháp trong S Sau đó tính toán cho từng giải pháp tìm điểm tối
86 ưu toàn cục ở mỗi thế hệ, tiếp theo sử dụng ý tưởng tìm kiếm xuất phát từ quy luật của tự nhiên, với BCMO luật tìm kiếm này được lấy ý tưởng từ sự chuyển động tổng hợp của các hạt trong một không gian vật lý
Các bước thực hiện giải bài toán dùng BCMO với bài toán tối ưu thiết kế với d thông số thiết kế
− Bước 1: Khởi tạo thế hệ đầu tiên, bắt đầu thuật toán tìm kiếm
Tạo ngẫu nhiên một thế hệ (mỗi cá thể trong thế hệ xi được kết tạo bằng 1 vecto gồm d thông số thiết kế) khởi đầu nằm trong miền S theo phương trình
Với xup, xlo là ngưỡng cao nhất và ngưỡng thấp nhất của các thông số thiết kế, rand là 1 véc tơ chứa d giá trị ngẫu nhiên nằm trong khoảng [0,1]
Hàm mục tiêu f(x) sử dụng để đánh giá và xếp hạng tổng chi phí của mỗi thế hệ sau đó xếp hạng các thế hệ theo thứ tự tăng dần giá trị hàm mục tiêu cúa chúng: x =argsort f x( ( )) Kết thúc bước 1 đó là xác định cá thể tốt nhất từ kết quả xếp hạng
− Bước 2: Cập nhật thế hệ mới
Thuật toán sử dụng cá thể tối ưu toàn cục tạm thời Oin thay cho cá thể tối ưu toàn cục chính xác O trong miền S, Oin và các cá thể còn lại sẽ được cập nhập liên tục và sau mỗi lần cập nhật sẽ tạo ra một thế hệ mới mà các cá thể dần hồi tụ về cá thể tốt nhất trong miền thiết kế S hay điểm tối ưu toàn cục O, với thế hệ 1 th
X 1 Oin = X1, các thế hệ cập nhật tiếp theo nó được xác định bằng phương pháp được mô tả như sau, xét tại thế hệ t th , cập nhật Oin
87 Trong đó: u 1 t được xác định bởi biểu thức:
1 1/ 2 2/1 t t t c k k k u = +u v +v (4.3) với uc là điểm giữa trong miền thiết kế [LB, UB]: c 2
1/ 2 t v k k , v k t 2/1 là chuyển động ảo tương đối của cá thể k 1 th so với cá thể k 2 th trong và k 2 th so với cá thể tốt nhất k1 được chọn ngẫu nhiên trong khoảng [2,NP], và k21) của thế hệ t th được cập nhập theo biểu thức 4.1.5:
Trong đó v i j / , v j được tính theo phương trình 4.1.4, LGS được tính theo biểu thức 4.1.6
GS j d NP r j e khi TV L e khi TV
(4.6) rj là khoảng cách từ cá thể j th đến cá thể Oin được tính bằng: j j O in r = x −x
− Bước 3: Tính toán hàm chi phí của các cá thể hệ mới, xếp hạng các cá thể trong thế hệ mới và quay lại bước 2
88 BCMO giải bài toán tối ưu bằng phương pháp lặp như các bước trên, quá trình lặp này sẽ lặp cho đến khi tất cả các cá thể trong thế hệ mới đều thay thế bằng cá thể tốt nhất trong miền S.
Ứng dụng phương pháp BCMO giải bài toán tối ưu cho các thông số cải tiến
Khó khăn trong việc ứng dụng BCMO để giải bài toán đó là tính giá trị của hàm mục tiêu Hàm mục tiêu cho bài toán này được xây dựng dựa trên hàm mục tiêu của luật phân phối công suất ở mục 4.6.2
, ,max , max max 0 , , min with
P E Q t e e global global t global opt m lo m m up lo up lo up i b i m i
Việc tính giá trị hàm tối ưu cần thực hiện trên một chu trình chạy thử cụ thể Nhóm tác giả sử dụng mô hình xe cải tiến và chu trình phù hợp để tính giá trị hàm mục tiêu, chu trình chạy thử được lựa chọn phù hợp với việc tính và so sánh các giá trị của hàm mục tiêu để có thể tìm thấy giá trị tối ưu đồng thời nó cần phù hợp với thời gian tính toán và khối lượng tính toán phù hợp với cấu hình máy tính thực hiện, sau khi khảo sát một số chu trình nhóm tác giả lựa chọn chu trình chạy thử “Japanese 10 mode” với thời gian mô phỏng 135s thực hiện mô phỏng tính toán giá trị của hàm mục tiêu
Kết quả của bài toán gồm 3 giá trị tối ưu trong [E, Q, Pm] tương ứng với các giá trị điện áp, dung lượng của ắc quy và công suất của moto điện, là các giá trị
89 tối ưu nằm trong miền S được xác định dựa vào các giá trị hằng số an toàn được lựa chọn để thiết kế cải tiến Ở đây nhóm tác giả chọn các hệ số an toàn cho từ thông số trên lần lượt là [ E , Q , Pm ] [1.5,1.5, 2] = , miền giá trị [E, Q, Pm] được xác định:
(4.8) Để có thể ứng dụng BCMO để giải bài toán này, xi sẽ được xác định là các giá trị an toàn hay x i = [ , x x x 1 2 , 3 ] với S 1 2 3
, số cá thể trong quần thể Nd và số lần lặp được chọn là một số lớn và giống nhau, mặt khác ta cần chọn số lượng Nd sao cho sau Nd lần lặp tất cả giá trị hàm mục tiêu của các thể đều hội tụ về điểm tối ưu toàn cục trong miền S, chính vì vậy cần chọn hai giá trị trên phù hợp, đối với các bài toán phức tạp Nd và số lần lặp được chọn bằng nhau và bằng 50 Mỗi cá thể xi tìm được sẽ tính được các giá trị mới của thông số cải tiến, lúc này khối lượng của xe cải tiến, ta cần tính toán lại khối lượng của xe Để đơn giản hóa việc tính toán khối lượng, một số yếu tố không quan trọng không được xem xét đến, ta quy các khối lượng về dạng tỉ lệ với khối lượng ắc quy và khối lượng moto điện được chọn ban đầu, khi đó [mbatt, mPm] = [4.416*x2, 9.2*x3] (với mbatt là khối lượng mới của ắc quy, mPm là khối lượng mới của mô tơ điện), giá trị mới của khối lượng xe sẽ được tính bằng tổng khối lượng xe nền, khối lượng ắc quy, khối lượng moto và khối lượng người lái
Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán BCMO
91 Sau khi cập nhật các thông số của mô hình, BCMO thực hiện chạy mô phỏng để tính giá trị hàm mục tiêu cho mỗi cá thể trong thế hệ, so sánh các giá trị hàm mục tiêu và tìm ra cá thể có giá trị hàm mục tiêu nhỏ nhất, sau khi trải qua các lần lặp được đặt giá trị hàm mục tiêu sẽ hội tụ về giá trị nhỏ nhất trong miền S, cá thể xi tương ứng là giá trị tối ưu nhất, ngoại lệ một số cá thể xi khi đưa vào mô phỏng vận tốc của xe sẽ không còn bám theo được chu trình, khi đó mô hình sẽ gửi một báo cáo lỗi mô phỏng, dối với các trường hợp đó giá trị hàm mục tiêu không xác định hay nói cách khác nó có giá trị vô cùng, để có thể so sánh như số tự nhiên ta cần quy giá trị này về một số vô cùng lớn mà có thể loại được các cá thể xi này nhóm tác giả quy giá trị này về 10 9
Hình 4.2 Đồ thị ghi lại sự thay đổi của các hàm chi phí qua mỗi vòng lặp
92 Hình 4.2.1 mô tả sự thay đổi của hàm chi phí của 50 cá thể qua mỗi vòng lặp, nếu để nguyên dữ liệu để vẽ được đồ thị ta chỉ có thể quan sát được các điểm mà tại đó giá trị hàm mục tiêu vô cùng lớn (các đỉnh nhọn trên đồ thị), thay vào đó ta có thể thu thập các số liệu trên, sau đó tìm giá trị hàm mục tiêu xác định là lớn nhất và thay thế các giá trị vô cùng lớn bằng giá trị đó để có thể quan sát được sự hội tụ của giá trị hàm mục tiêu Hình 4.2.2 mô tả giá trị của hàm mụ tiêu sau chỉnh sửa đồ thị 4.2.1, có thể dễ dàng thấy được giá trị hàm mục tiêu hội tụ về giá trị nhỏ nhất và tạo thành 1 đường thẳng với ý nghĩa các cá đều hướng về cá thể có giá trị hàm mục tiêu nhỏ nhất, mà cá thể đó chính là giá trị tối ưu cần tìm cho cải tiến
Hình 4.3 Đồ thị mô tả sự thay đổi của hàm chi phí qua mỗi vòng lặp
93 BCMO cho kết quả các hệ số an toàn [ E , Q , Pm ] [1.038, 1.054, 1.531] = , hệ số an chênh lệch rất nhỏ so với thông số chọn ban đầu của hệ thống dự trữ năng lượng, vì vậy nhóm quyết định giữ nguyên hệ thống dự trữ năng lượng Đối với động cơ điện, công suất tối ưu cho động cơ điện là 1837.2W
Bảng so sánh thông số xe cải tiến ban đầu và thông số cải tiến tối ưu bằng BCMO
Xe cải tiến áp dụng BCMO
Xe cải tiến không áp dụng BCMO
Khoảng cách từ bánh sau đến trọng tâm (mm)
Khoảng cách từ bánh trước đến trong tâm (mm)
Khoảng sáng gầm xe (mm) 350 350
Bán kính bánh trước (mm) 220 220 Bán kính bánh sau (mm) 220 220
Hệ thống phanh trước Phanh thủy lực
Hệ thống phanh sau Phanh thủy lực
Phanh thủy lực Dung tích bình xăng (l) 4.4l 4.4l Động cơ đốt trong Loại động cơ Động cơ Động cơ
94 xăng 4 kì xăng 4 kì Dung tích xy lanh (cc) 125 125 Công suất cực đại
Mô men cực đại (Nm/RPM) 11.2/5000 11.2/5000 Động cơ điện
Công suất cực đại (kW) 1.8372 1.2
Mô men cực đại (Nm) 109.2 109.2 Điện áp hoạt động (V) 48 54
Hộp số Vô cấp Vô cấp
Tỉ số truyền hộp số 2.5:0.823 2.5:0.823
Hệ thống lưu trữ năng lượng
Khối lượng (kg) 4.416 4.416 Điện áp nạp đầy (V) 50 50
Bảng 4.1 Bảng so sánh thông số xe cải tiến tối ưu và xe cải tiến ban đầu
Quan sát bảng so sánh sự khá biệt tập trung chủ yếu là ở các thông số của ắc quy và mô tơ, các yếu tố này đều lớn hơn so với các thông số ước lượng ban đầu dẫn đến khối lượng của xe cũng đã tăng theo
Kết quả mô phỏng thuật toán BCMO
Hình 4.5 So sánh chu trình ECE giữa 2 kết cấu xe cải tiến có áp dụng BCMO và không có áp dụng BCMO Đồ thị 4.4 so sánh kết quả mô phỏng giữa xe cải tiến có áp dụng BCMO (chỉ số 2) và xe cải tiến không áp dụng BCMO (chỉ số 1) áp dụng trên chu trình chạy thử ECE, do công suất động cơ điện được đẩy lên cao ứng với kết quả thuật toán BCMO tìm thấy đồng thời điện áp và dung lượng của hệ thống dự trữ năng
96 lượng cũng được nâng cao với mức độ nhẹ so với giá trị thiết kế ban đầu, điều này làm thay đổi đáng kể khối lượng của xe, tuy nhiên những thay đổi này lại đem lại kết quả tích cực hơn so với xe cải tiến không sử dụng BCMO, lượng nhiên liệu tiêu thụ và lượng điện năng tiêu hao cho đến cuối chu trình giảm rõ rệt Chu trình Japanese 10 -15 mode và NYCC cũng cho ra kết quả tương tự, vận tốc của chu bám tốt theo chu trình chạy thử, cho thấy kết cấu mới và thuật toán điều khiển cũ vẫn có thể đáp ứng được chu trình.
Hình 4.6 Chu trình Japanese 10-15 mode
Hình 4.7 So sánh chu trình Japanese 10-15 mode giữa 2 kết cấu xe cải tiến có áp dụng BCMO và không có áp dụng BCMO
Hình 4.9 So sánh chu trình NYCC giữa 2 kết cấu xe cải tiến có áp dụng BCMO và không có áp dụng BCMO
Với các thông số mới, xe vẫn hoạt động rất tốt đối với mỗi chu trình, tốc độ xe bám rất tốt theo chu trình thử, một số kết quả khác biệt so với xe cải tiến ban đầu được mô tả dưới bảng 4.2
Bảng 4.2 Bảng so sánh xe cải tiến và xe cải tiến tối ưu
Chu trình Mức tiêu hao nhiên liệu
Quãng đường tối đa đi được
(km) Không sử dụng thuật toán BCMO
Sử dụng thuật toán BCMO
Xe cải tiến không áp dụng BCMO
Xe cải tiến áp dụng BCMO
99 Kết quả cho thấy nhiên liệu tiêu thụ giảm và quãng đường đi được của xe cải tiến tối ưu giảm nhưng vẫn đáp ứng tốt với nhu cầu di chuyển 40km hằng ngày Nhờ động cơ điện được nâng công suất, động cơ đốt trong hoạt động với mức công suất thấp hơn so với xe cải tiến với các thông số thiết kế ban đầu, mặc dù lượng năng lượng điện tiêu thụ lớn hơn tuy nhiên vẫn đảm bảo được độ bền cho hệ thống bởi dung lượng được chọn trong vùng tối ưu, khi tăng công suất động cơ trong khi nguồn dự trữ năng lượng không thay đổi vì vậy quãng đường đi được giảm Lượng nhiên liệu tiêu hao trong cả chu trình NYCC của xe cải tiến với các thông số thiết kế ban đầu là 3.32 l/100km trong khi xe cải tiến tối ưu là 3.03 l/100km tiết kiệm 8.7%, các chu trình Japanese 10-15 mode hay ECE cũng có kết quả tương tự về mức tiêu hao nhiên liệu, cụ thể Janpanese 10-15 mode mức tiêu hao nhiên liệu của xe cái tiển tối ưu ít hơn 10.1% so với xe cải tiến với thông số thiết kế ban đầu, chu trình ECE tiết kiệm được 9.8%, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá chất lượng của xe với mục tiêu hàng đầu là tiết kiệm nhiên liệu, trong tất cả điều kiện vận hành phương tiện ta đều thấy rằng với bộ thông số tối ưu xe cải tiến có phần tốt hơn so các thông số thiết kế về mặt tiêu hao nhiên liệu và quãng đường đi được cũng tăng lên, điều này không gây ảnh hưởng quá lớn vì quãng đường đi được ước tính ở cả 3 chu trình đều lớn hơn yêu cầu là 40km
Về tính kinh tế của sản phẩm chúng ta có thể thấy rõ rệt thông qua một vài phép tính cụ thể từ việc phân tích kết quả mô phỏng giữa xe nền và xe cải tiến đã được tối ưu Chi phí nhiên liệu cung cấp cho động cơ đốt trong hoạt động giảm đáng kể, bảng 4-3 ước tính chi phí bảo dưỡng cho xe cải tiến và xe nền Kết quả cho thấy khi xét cùng một khoảng thời gian vận hành của xe trước vào sau khi cải tiến khoảng tiền tiết kiệm lên đến 109554 VND với khoảng tiết kiệm đáng kể
100 đó thì khoảng thời gian hoàn vốn đầu tư cải tiến cho một chiếc xe cải tiến trong vòng 10000km Như vậy ta có thể thấy được mức tiết kiệm và các đặc điểm ưu việt của xe cải tiến
Bảng 4.3 Uớc tính chi phí bảo dưỡng sau 1500km Đối tượng
Xe nền Xe cải tiến
Chi phí nhiên liệu (VND) 2,237,655 1,194,345
Chi phí nhớt bôi trơn động cơ
Các chi phí bảo dưỡng khác 150,000 150,.000
