Tính toán điều khiển quá trình phanh tái tạo năng lượng của xe hybrib

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN ĐÌNH NAM TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG CỦA XE HYBRID LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI – 2013 NGUYỄN ĐÌNH NAM CHUN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC KHÓA 2011 - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN ĐÌNH NAM TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG CỦA XE HYBRID CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS ĐÀM HOÀNG PHÚC HÀ NỘI –2013 CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ………………………… LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn thầy giáo TS: Đàm Hoàng Phúc Đề tài đƣợc thực mơn Ơ tơ xe chun dụng Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực chƣa đƣợc công nhận cơng trình Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2013 Tác giả Nguyễn Đình Nam MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Chƣơng 1: KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO 10 I : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID 10 I.1 Khái niệm xe hybrid 10 I.2 Tính kinh tế xe hybrid 11 I.3 Các dạng cấu hình truyền động ô tô hybrid 11 II HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƢỢNG TRÊN XE HEV 17 II.1 Hệ thống phanh xe HEV 17 II.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống phanh tái tạo 21 Chƣơng : PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG KHÁC NHAU CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO 36 2.1 Nguyên lý thiết kế phanh 36 2.1.1 Lực phanh 36 2.1.2 Phân phối lực phanh trục phía trƣớc sau 38 2.1.3 Sự điều chỉnh với tính phanh 42 2.2 Nguyên lý thiết kế điều khiển phanh tái tạo 43 2.2.1 Nguyên lý thiết kế điều khiển tỉ lệ cố định phanh điện ma sát 44 2.2.2 Nguyên lý thiết kế điều khiển tối đa lực phanh tái tạo 46 2.2.3 Chiến lƣợc điều khiển hiệu phanh tối ƣu 49 2.2.4 Chiến lƣợc điều khiển tối ƣu phục hồi lƣợng 52 Chƣơng : THIẾT LẬP MƠ HÌNH TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN MƠ-MEN PHANH CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID 55 3.1 Phân phối lực phanh 55 3.2 Lực phanh bánh trƣớc 55 3.3 Mô-men phanh tái tạo 55 3.4 Mô-men phanh thủy lực mơ thuật tốn điều khiển mô-men phanh tái tạo 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng so sánh tiết kiệm nhiên liệu thực truyền động phƣơng pháp truyền động 17 Bảng 1.1 Khả tái sinh số loại xe 31 Bảng 2.1 Thể giá trị trung bình hệ số lực kéo đƣờng khác 38 Bảng 2.2 Tỉ lệ phần trăm tổng lƣợng phanh có đƣợc phục hồi 46 Bảng 2.3 Viễn cảnh lƣợng phanh chu trình lái xe thị tiêu biểu 52 Bảng 3.1 Tỉ số truyền cho công suất cao đƣợc sử dụng mô .59 Bảng 3.2 Số liệu tính tốn khả phục hồi lƣợng phanh ma sát với kích thƣớc động điện khác với tốc độ xe 15 km/h 0,15g .60 Bảng 3.3 Số liệu tính tốn khả phục hồi lƣợng phanh ma sát với kích thƣớc động điện khác với tốc độ xe 30 km/h 0,15g 62 Bảng 3.4 Số liệu tính tốn khả phục hồi lƣợng phanh ma sát với kích thƣớc động điện khác với tốc độ xe 60 km/h 0,4g 63 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐCĐT: Động đốt μ: Hệ số bám μb: Hệ số bám phanh μs: Hệ số bám lớn phanh tƣơng ứng với hệ số trƣợt 100% μp: Hệ số bám lớn phanh tƣơng ứng với hệ số trƣợt khoảng 20% Cα: Độ cứng ngang lốp xe Fb: Tổng lực phanh xe Fbf: Lực phanh cầu trƣớc Fbr: Lực phanh cầu sau Freg: Lực phanh tái tạo Freg: Lực phanh tái tạo J: Gia tốc phanh g: Gia tốc trọng lực m: Khối lƣợng xe W: Trọng lƣợng xe P: Công suất máy phát điện sử dụng dành cho phanh tái sinh Ff: Lực phanh phanh ma sát FR: Lực phanh hệ thống phanh tái tạo V: Vận tốc xe V0: Vận tốc ban đầu E: Động E0: Động ban đầu G: Sự giảm tốc Gs: Sự giảm tốc tối đa XF: Khoảng cách dừng lại phanh ma sát XR: Khoảng cách dừng lại hệ thống phanh tái tạo lƣợng tF: Thời gian để ngừng sử dụng phanh ma sát tR: Thời gian để ngừng sử dụng hệ thống phanh tái tạo CG: Trọng tâm xe L: Khoảng cách cầu trƣớc cấu sau La: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trƣớc Lb: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau hg: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đƣờng ωbx: Vận tốc góc bánh xe ωdc: Vận tốc góc bánh xe β: Tỷ lệ lực phanh cầu trƣớc với tổng lực phanh xe Tb: Mơ-men phanh i: Tỷ số truyền rbx: Bán kính bánh xe X1: Tỷ lệ lực phanh cầu trƣớc X2: Tỷ lệ lực phanh cầu sau p: Áp suất xilanh phanh pt: Áp suất dƣ đƣờng ống DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp 12 Hình 1.2 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 13 Hình 1.3 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp 15 Hình 1.4 Hệ thống hybrid hỗn hợp với ghép nối bánh hành tinh 15 Hình 1.5 Các thành phần hệ thống phanh xe Prius I 18 Hình 1.6 Phanh tái sinh tích với hệ thống phanh thủy lực thơng thƣờng 20 Hình 1.7 Hình dạng lốp bề mặt tiếp xúc trực tiếp với mặt đƣờng 22 Hình 1.8 Hệ số bám hàm với độ trƣợt bánh xe 23 Hình 1.9 Lực phanh hàm trƣợt theo chiều dọc ba bề mặt đƣờng khác nhau: đƣờng khô, đƣờng ƣớt, đƣờng băng 23 Hình 1.10 Lực ngang lốp hàm theo góc trƣợt 25 Hình 1.11 Ảnh hƣởng lốp xe phía trƣớc phía sau tính ổn định hƣớng 26 Hình 1.12 Trọng lƣợng lốp xe phía trƣớc phía sau 26 Hình 1.13 Sự thay đổi lực tác dụng lên bánh xe phía trƣớc sau phanh 28 Hình 1.14 Khoảng cách dừng phanh tái sinh nhƣ hàm vận tốc xe với tỷ lệ công suất/khối lƣợng nhƣ tham số P/m (w/kg) 30 Hình 1.15 Biểu đồ để xác định phân chia phanh ma sát phanh tái tạo 33 Hình 1.16 Sự thay đổi tốc độ xe với chu trình điều khiển US06 34 Hình 1.17 Phân phối lực phanh với chu trình vận hành US06 35 Hình 2.1 (a) Mô-men phanh lực phanh; (b) Quan hệ mô-men lực phanh 36 Hình 2.2 Sự biến đổi hệ số bám với trƣợt theo lốp xe 37 Hình 2.3 Lực phanh xe phanh bề mặt đƣờng 38 lớn đƣợc hấp thụ phanh tái sinh Chi tiết chiến lƣợc điều khiển đƣợc giải thích dƣới với giúp đỡ hình 2.13 Hình 2.13 Mô tả chiến lược điều khiển tối ưu phục hồi lượng Khi phanh xe với tỉ lệ gia tốc j đƣờng với hệ số bám μ ( j/g