Nghiên cứu phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid bằng phần mềm AVL cruise

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Trần Tuấn Anh i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí động lực Bộ môn động đốt cho phép thực luận văn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học Viện Cơ khí động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt trình làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Khổng Vũ Quảng hướng dẫn tận tình chu đáo mặt chuyên môn để thực hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Phòng thí nghiệm Động đốt - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ dành cho điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội, Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ Ô tô thầy cô Khoa hậu thuẫn động viên suốt trình học tập Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận văn đồng ý đọc duyệt góp ý kiến quý báu để hoàn chỉnh luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích suốt thời gian học tập Tuy nhiên có hạn chế thời gian việc sử dụng AVL-Cruise phần mềm hoàn toàn nên đề tài nhiều thiếu sót Tôi mong nhận góp ý người đọc thầy cô Bộ môn Động đốt để giúp em hoàn thiện Học viên Trần Tuấn Anh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC B ẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU x I Lý chọn đề tài x II Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài x i) Mục đích nghiên cứu x ii) Đối tượng phạm vi nghiên cứu xi III Phương pháp nghiên cứu xi IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn xi V Các nội dung đề tài xi CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nhiên liệu vấn đề môi trường 1.2 Tổng quan phát triển nguồn động lực cho phương tiện giao thông 1.3 Giới thiệu xe hybrid 1.3.1 Nguồn gốc đời xe hybrid 1.3.2 Định nghĩa xe hybrid 1.4 So sánh đặc tính tốc độ động điện động đốt 1.5 Xu hướng phát triển xe hybrid 1.5.1 Giới thiệu số mẫu xe hybrid 10 1.5.2 Ưu, nhược điểm xe hybrid 12 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC 14 2.1 Các phương pháp phối hợp nguồn động lực hybrid 14 2.1.1 Phương pháp phối hợp nối tiếp 14 2.1.2 Phương pháp phối hợp song song 15 2.1.3 Phương pháp phối hợp song song – nối tiếp 16 2.2 Cơ sở lựa chọn phương pháp phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid 17 2.2.1 Lựa chọn xe tham khảo 17 2.2.2 Lựa chọn phương pháp phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid 18 2.2.3 Lựa chọn kết hợp công suất cho hệ phối hợp hybrid kiểu song song 19 2.3 Tính toán xác định nguồn động lực cho xe hybrid 20 2.3.1 Tính toán công suất tổng 20 2.3.2 Phân chia tỷ lệ công suất 22 2.3.3 Tính toán lựa chọn động đốt 23 2.3.4 Tính toán lựa chọn động điện 23 2.3.5 Tính toán lựa chọn máy phát điện 27 2.3.6 Tính toán lựa chọn ắc quy 28 2.3.7 Tính toán lựa chọn hộp phân phối 31 iii 2.4 Các chế độ làm việc 31 2.4.1 Xây dựng chế độ làm việc 31 2.4.2 Đường truyền công suất chế độ làm việc 34 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH XE HYBRID 37 3.1 Giới thiệu phần mềm AVL – Cruise 37 3.1.1 Giới thiệu chung 37 3.1.2 Các tính 37 3.1.3 Các phần mềm hỗ trợ 38 3.1.4 Các thành phần, mô đun phần mềm 38 3.2 Cơ sở lý thuyết 39 3.2.1 Xây dựng sơ đồ làm việc ắc quy 39 3.2.2 Xây dựng sơ đồ làm việc hệ thống truyền lực 40 3.2.3 Xây dụng sơ đồ làm việc chế độ vận hành 40 3.3 Xây dựng mô hình 42 3.3.1 Các bước xây dựng mô hình 42 3.3.2 Mục đích xây dựng mô hình 44 3.4 So sánh kết mô động lắp xe thường xe hybrid 45 3.4.1 Tốc độ động 45 3.4.2 Tiêu hao nhiên liệu 46 3.4.3 Phát thải 46 3.4.4 Kết tổng thể so sánh loại xe 50 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 51 KẾT LUẬN 51 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51 PHỤ LỤC 53 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu AVL – Cruise Diễn giải Phần mềm mô phối hợp nguồn động lực xe ô tô hãng AVL (Áo) CO Mônôxit cácbon NOx Ôxít nitơ PM Chất thải dạng hạt TN Thực nghiệm o TK Độ góc trục khuỷu ppm Phần triệu thể tích HC Hidrocacbon NEDC Chu trình thử theo tiêu chuẩn sau Euro dùng cho xe xe tải nhẹ NO2 Nitơ dioxit SO2 Sulfur dioxit ĐCĐT Động đốt v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số xe tham khảo 18 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật động 1NZ-FE 23 Bảng 2.3 Đặc tính môtơ- máy phát số 27 Bảng 2.4 Đặc tính môtơ- máy phát số 28 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Số lượng ô tô xe máy hoạt động hàng năm Việt Nam [1] Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải khí gây ô nhiễm theo nguồn phát thải Việt Nam năm 2011[1] Hình 1.3 Lượng khí thải CO phương tiện giới đường gây ra[1] Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm phương tiện giới đường bộ[1] Hình 1.5 Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng Hà Nội năm 2011[1] Hình 1.6 Đặc tính lực kéo-tốc độ với công suất yêu cầu động xăng [2] Hình 1.7 Đặc tính lực kéo-tốc độ với hộp số tự động xe [2] Hình 1.8 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động xăng [2] Hình 1.9 Đặc tính mô-tơ điện [2] Hình 1.10 Lực kéo xe có động xăng với hộp số cấp mô-tơ điện với hệ dẫn động cấp [2] Hình 2.1 Kiểu nối tiếp 14 Hình 2.2 Kiểu song song 16 Hình 2.3 Kiểu kết hợp 17 Hình 2.4 Hình chiếu đứng ô tô hybrid chỗ ngồi sử dụng động nhiệt – điện 17 Hình 2.5 Sơ đồ phối hợp nguồn động lực kiểu song song 19 Hình 2.6 Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai 19 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động động điện chiều 24 Hình 2.8 Sơ đồ mạch tương ứng động điện kích từ nối tiếp 25 Hình 2.9 Đồ thị đặc tính động điện 26 Hình 2.10 Động điện chiều MES 200-175 to 200-150 27 Hình 2.11 Mạch điện sạc tự động dùng xe 31 Hình 2.12 Chế độ chạy tăng tốc nhẹ 32 Hình 2.13 Chế độ chạy ổn định 32 Hình 2.14 Chế độ tăng tốc leo dốc 33 Hình 2.15 Chế độ nạp ắc quy 34 Hình 2.16 Chế độ nạp ắc quy xe đứng yên 34 Hình 2.17 Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai truyền công suất động nhiệt[6]35 Hình 2.18 Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai truyền công suất động điện[6] 35 Hình 2.19 Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai truyền nguồn[6] 36 Hình 3.1 Sơ đồ làm việc ắc quy 39 Hình 3.2 Sơ đồ làm việc điều khiển hệ thống truyền lực 40 Hình 3.3 Sơ đồ làm việc chế độ vận hành 41 Hình 3.4 Các bước xây dụng mô hình 42 Hình 3.5 Mô hình xe thông thường 43 Hình 3.6 Mô hinh xe hybrid 43 Hình 3.7 Chu trình thử NEDC 44 Hình 3.9 Tiêu hao nhiên liệu 46 Hình 3.10 Phát thải NO x 47 Hình 3.11 Phát thải CO 48 Hình 3.12 Phát thải HC 49 Hình 3.13 Kết tổng thể so sánh loại xe 50 Hình PL1 Tạo thư mục chương trình 53 Hình PL2 Đặt tên chương trình 53 Hình PL3 Chọn load để mở mô hình 53 vii Hình PL4 Lựa chọn xe 54 Hình PL5 Lựa chọn đặc tính xe 54 Hình PL6 Hiển thị thông số xe 55 Hình PL7 Lựa chọn động 55 Hình PL8 Các thông số động 56 Hình PL9 Đồ thị biểu diễn thông số đặc trưng động 57 Hình PL10 Đồ thị biểu diễn thông số đặc trưng động 57 Hình PL11 Chọn truyền động 58 Hình PL12 Thông số hiệu suất tổn hao mô- men xoắn 58 Hình PL13 Ly hợp 58 Hình PL14 Thông số ly hợp 59 Hình PL15 Chọ truyền đơn 59 Hình PL16 Chọn vi sai 60 Hình PL17 Các thông số vi sai 60 Hình PL18 Chọn Phanh 61 Hình PL19 Các thông số phanh 61 Hình PL20 Chọn bánh xe 62 Hình PL21 Đặc tính bánh xe 62 Hình PL22 Các thông số bánh xe 62 Hình PL23 Chọn khoang lái 63 Hình PL24 Đặc tính khoang lái 63 Hình PL25 Các thông số khoang lái 63 Hình PL26 Chọn động điện 64 Hình PL27 Các thông số động điện 64 Hình PL28 Chọn Ắc quy 65 Hình PL29 Các thông số ắc quy 65 Hình PL30 Chọn hình hiển thị 65 Hình PL31 Mô hình đầy đủ mô đun 66 Hình PL32 Các liên kết bus liệu 66 Hình PL33 Các tín hiệu vào 67 Hình PL34 Cửa sổ giao diện cài đặt cấu hình cho project 67 Hình PL35 Đặc điểm hệ thống truyền động 68 Hình PL36 Giao diện chế độ chạy 68 Hình PL37 Các thông số điều kiện 69 Hình PL38 Giao diện thông số người lái 69 Hình PL39 Các kiểu tính toán 70 Hình PL40 Giao diện tính toán 70 Hình PL41 Giao diện ma trận tính toán 71 Hình PL42 Giao diện tính toán thay đổi thành phần 71 Hình PL43 Giao diện tính toán hỗn hợp 72 Hình PL44 Giao diện thông tin mô hình 72 Hình PL45 Biểu đồ kết 73 Hình PL46 Thông tin mô hình 73 Hình PL47 Các đồ thị kết sau chạy 74 viii MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Phương tiện giao thông nguồn phát thải ô nhiễm không khí quan trọng Vì vậy, phương tiện giao thông không gây ô nhiễm ZEV(zero emission vehicle) từ lâu mục tiêu nghiên cứu nhà khoa học Nhiều giải pháp đưa mặt hoàn thiện kết cấu động lẫn tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay xăng dầu truyền thống để giảm mức độ phát thải ô nhiễm Các nghiên cứu trở nên thiết nguồn dầu lửa ngày cạn kiệt, giá dầu thô thay đổi thất thường dường không kiểm soát giải pháp truyền thống mà giới dùng kỷ qua Cùng xu hướng phát triển ngành khoa học công nghệ, thời gian qua ngành công nghiệp ô tô giới không ngừng nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ đáp ứng tiêu chuẩn phát thải ngày ngặt nghèo yêu cầu cao tiêu thụ nhiên liệu dòng xe Hybrid xu phát triển dòng xe Cùng với xu hướng Việt Nam xuất nhiều dòng xe hybrid hãng Tuy nhiên công nghệ mới, đại, phức tạp, đặc biệt công nghệ hybrid bí mật hãng Chính ảnh hưởng không nhỏ đến trình sử dụng, sửa chữa bảo dưỡng dòng xe Để bước làm chủ công nghệ nâng cao hiệu khai thác dòng xe hybrid, nước có số nghiên cứu vấn đề nhiên chưa nhiều Chính mà em chọn đề tài “Ng cho xe h -Cruise” II Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài i) Mục đích nghiên cứu ằng phần mềm AVL-Cruise x ii) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Xe ô tô hybrid chỗ ngồi sử dụng hai nguồn động lực động xăng động điện Nghiên cứu thực mô phỏ -Cruise Các nội dung nghiên cứu đề tài thực phòng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phạm vi nghiên cứu: -Cruise III Phƣơng pháp nghiên cứu Sư dụng phần mềm AVL-Cruise để mô hệ động lực xe hybrid IV Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đã xây dựng thành công mô hình xe hybrid xe ô tô sử dụng động đốt thông thường phần mềm AVL-Cruise thực chạy mô theo chu trình thử NEDC để đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật, mức tiêu hao nhiên liệu phát thải Kết đề tài sở bước đầu sử dụng phần mền AVL - Cruise để mô hệ động lực hybrid góp phần bước làm chủ công nghệ xe hybrid V Các nội dung đề tài Thuyết minh đề tài trình bày gồm phần sau:  Mở đầu  Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu  Chương 2: Nghiên cứu phương pháp phối hợp nguồn động lực  Chương 3: Xây dựng mô hình xe hybrid  Kết luận hướng phát triển xi Hình PL18 Chọn Phanh Hình PL19 Các thông số phanh -61- Hình PL20 Chọn bánh xe Hình PL21 Đặc tính bánh xe Hình PL22 Các thông số bánh xe -62- Hình PL23 Chọn khoang lái Hình PL24 Đặc tính khoang lái Hình PL25 Các thông số khoang lái -63- Hình PL26 Chọn động điện Hình PL27 Các thông số động điện -64- Hình PL28 Chọn Ắc quy Hình PL29 Các thông số ắc quy Hình PL30 Chọn hình hiển thị -65- Hình PL31 Mô hình đầy đủ mô đun Hình PL32 Các liên kết bus liệu -66- Hình PL33 Các tín hiệu vào Hình PL34 Cửa sổ giao diện cài đặt cấu hình cho project -67- Hình PL35 Đặc điểm hệ thống truyền động Hình PL36 Giao diện chế độ chạy -68- Hình PL37 Các thông số điều kiện Hình PL38 Giao diện thông số người lái -69- Hình PL39 Các kiểu tính toán Hình PL40 Giao diện tính toán -70- Hình PL41 Giao diện ma trận tính toán Hình PL42 Giao diện tính toán thay đổi thành phần -71- Hình PL43 Giao diện tính toán hỗn hợp Hình PL44 Giao diện thông tin mô hình -72- Hình PL45 Biểu đồ kết Hình PL46 Thông tin mô hình -73- Hình PL47 Các đồ thị kết sau chạy -74- ... chọn phương pháp phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid 18 2.2.3 Lựa chọn kết hợp công suất cho hệ phối hợp hybrid kiểu song song 19 2.3 Tính toán xác định nguồn động lực cho xe hybrid ... thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phạm vi nghiên cứu: -Cruise III Phƣơng pháp nghiên cứu Sư dụng phần mềm AVL- Cruise để mô hệ động lực xe hybrid IV... ằng phần mềm AVL- Cruise x ii) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Xe ô tô hybrid chỗ ngồi sử dụng hai nguồn động lực động xăng động điện Nghiên cứu thực mô phỏ -Cruise Các nội dung nghiên cứu đề tài thực