Nghiên cứu điều khiển mô phỏng hệ thống thu hồi năng lƣợng quán tính của ô tô dựa trên các chu trình lái xe

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƢỢNG QN TÍNH CỦA Ơ TƠ DỰA TRÊN CÁC CHU TRÌNH LÁI XE SVTH: GVHD: NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 13145102 NGUYỄN ĐỨC ÁNH MSSV: 13145013 ThS DƢƠNG TUẤN TÙNG Tp.Hồ Chí Minh, 12 tháng năm 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƢỢNG QN TÍNH CỦA Ơ TƠ DỰA TRÊN CÁC CHU TRÌNH LÁI XE SVTH: GVHD: NGUYỄN THANH HÙNG MSSV: 13145102 NGUYỄN ĐỨC ÁNH MSSV: 13145013 ThS DƢƠNG TUẤN TÙNG Tp.Hồ Chí Minh,12 tháng năm 2018 LỜI CẢM ƠN Đƣợc phân cơng Khoa Cơ khí động lực trƣờng Đại học Sƣ phạm Kĩ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, với đồng ý thầy giáo hƣớng dẫn ThS Dƣơng Tuấn Tùng, nhóm chúng em thực đồ án với đề tài “Nghiên cứu điều khiển mô hệ thống thu hồi lƣợng qn tính tơ dựa chu trình lái xe.” Nhóm em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô giáo tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy chúng em suốt trình học tập, thực hành, nghiên cứu rèn luyện trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt nhóm em xin chân thành cảm ơn đến Thầy Dƣơng Tuấn Tùng tận tình hƣớng dẫn chúng em suốt bốn tháng để hồn thiện đƣợc đề tài Trong q trình làm đề tài, hạn chế kinh nghiệm trình độ chun mơn, thời gian thực có hạn nên sai sót khơng thể tránh khỏi nên nhóm mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến Thầy Cơ bạn Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc q Thầy Cơ dồi sức khoẻ, giữ vững niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh truyền đạt tri thức cho hệ mai sau Trân trọng! Tp.Hồ Chí Minh, 12 tháng 01 năm 2018 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Thanh Hùng Nguyễn Đức Ánh i TÓM TẮT Lý chọn đề tài - Hiện động đốt sử dụng nguồn lƣợng để động làm việc nhờ phần lớn nguồn nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt lƣợng khí thải từ nhiên liệu gây ảnh hƣởng lớn đến mơi trƣờng sống Chính cần phải có giải pháp đắn thay nguồn nhiên liệu hóa thạch phụ thuộc vào chúng điều đƣợc nghiên cứu áp dụng thành cơng, sử dụng phƣơng pháp hệ thống phanh tái sinh - Thầy Dƣơng Tuấn Tùng trƣờng Đại học Sƣ phạm kĩ thuật Thành phố Hồ Chí Minh có nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu thu hồi lượng hệ thống phanh tái sinh ô tô” thử nghiệm thực tế cho thấy đƣợc kết khả quan Qua đề tài Thầy Dƣơng Tuấn Tùng, nhóm chúng em thực cải tiến, mang tính kế thừa đề tài thầy qua đề tài “Nghiên cứu điều khiển mô hệ thống thu hồi lượng qn tính tơ dựa chu trình lái xe” Để ngày hoàn thiện nghiên cứu hệ thống để ứng dụng vào thực tế Nội dung đề tài - Xây dựng mô lại mơ hình hệ thống phanh tái sinh Thầy Dƣơng Tuấn Tùng xây dựng Matlab Simulink - Cải thiện hạn chế mơ hình Thầy xây dựng - Xây dựng lại mơ hình mơ hệ thống phanh tái sinh Thầy thử nghiệm hệ ii - thống dựa chu trình thử nghiệm để rút nhận xét kết khả quan hệ thống - Xây dựng, tính tốn lựa chọn thơng số mơ hình thực nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu - Kế thừa sở lí thuyết mơ hình Thầy Dƣơng Tuấn Tùng để xây dựng mơ hình - Sử dụng tài liệu liên quan, thƣ viện Matlab Simulink để tham khảo xây dựng mơ hình theo chu trình thực nghiệm - Tính tốn đến thơng số chƣa tính tốn mơ hình trƣớc - Dựa vào kết quả, số liệu, đồ thị mô từ đƣa số liệu cụ thể để phục vụ nghiên cứu thực nghiệm iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ viii DANH MỤC CÁC BẢNG xii CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH 1.1.Giới thiệu chung 1.2.Tổng quan đề tài 1.2.1.Hệ thống RBS với kiểu tích trữ lƣợng dƣới dạng điện 1.2.2.Hệ thống RBS với kiểu tích trữ lƣợng dƣới dạng tích thủy lực 1.2.3.Hệ thống RBS với kiểu tích trữ lƣợng bánh đà (Flywheel) 1.2.4.Hệ thống RBS với kiểu tích trữ lƣợng dƣới dạng vật liệu đàn hồi 10 1.2.5.Phân tích so sánh phƣơng án tích trữ lƣợng hệ thống RBS 11 1.3.Tình hình nghiên cứu nƣớc 14 1.3.1.Các nghiên cứu hệ thống phanh tái tạo lƣợng giới 14 1.3.2.Hệ thống phanh tái sinh áp dụng xe HEV EV 15 1.3.3.Hệ thống phanh tái sinh áp dụng dịng xe có kiểu hệ thống truyền lực truyền thống 16 1.3.4.Các nghiên cứu nƣớc 22 1.3.5.Các câu hỏi nghiên cứu đề xuất phƣơng án nghiên cứu 22 iv CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 2.1.Xác định công suất lực phanh cần thiết 26 2.2.Xác định thông số thu hồi lƣợng quán tính xe phanh 31 2.2.1.Xác định mơ men qn tính xe q trình phanh giảm tốc 32 CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƢỢNG THEO CÁC CHU TRÌNH LÁI XE CƠ BẢN 47 3.1Chu trình FTP 75 47 3.2Chu trình ECE R15 49 3.3Chu trình NEDC 50 3.4Chu trình EUDC 51 3.5Tính tốn lƣợng thu đƣợc 53 3.5.1Năng lƣợng thu hồi đƣợc dựa chu trình FTP 75 54 3.5.2Năng lƣợng thu hồi đƣợc dựa chu trình ECE R15 54 3.5.3Năng lƣợng thu hồi đƣợc dựa chu trình EUDC 54 3.5.4Năng lƣợng thu hồi đƣợc dựa chu trình NEDC 55 CHƢƠNG IV : XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 56 4.1Tính tốn lựa chọn thơng số mơ hình thực nghiệm 56 4.2Cơ sở tính tốn thơng số mơ hình thí nghiệm 56 4.3Đƣa vào mô Matlab Simulink 57 4.4Kết tính tốn lựa chọn động phục vụ thực nghiệm 59 4.5Bộ biến tần 63 4.5.1Các thông số 64 4.5.2 Cách cài đặt tần số 67 4.5.3Điều khiển biến tần VF-FS1 69 4.6Bộ hãm từ 74 4.7Cảm biến moment 74 4.8Xây dựng mơ hình thực tế để vận hành kiểm chứng kết 75 4.8.1Cấu tạo 75 4.8.2 Nguyên lý hoạt động 79 4.8.3 Mơ tả q trình thí nghiệm 80 4.9 Tính tốn lƣợng thu hồi đƣợc theo chu trình 88 4.10 Phân tích kết thực nghiệm 91 4.10.1Chu trình FTP 75 91 4.10.2Chu trình ECE R15 92 v 4.10.3Chu trình EUDC 93 4.10.4Chu trình NEDC 94 4.10.5Nhận xét chung 95 Chƣơng 5:KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỀN 96 5.1Kết luận 96 5.2Hƣớng phát triển 96 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ viết tắt Giải thích ý nghĩa Ghi RBS Regenerative Braking System Hệ thống phanh tái sinh CVT Continuously Variable Transmission Hộp số vô cấp EV Electric Vehicles Các xe điện HEV Hybrid Electric Vehicles Các xe lai điện HHV Hydraulic Hybrid Vehicles Các xe lai thủy lực CICE Conventional Engine KERS Kinetic Energy Recovery System Hệ thống thu hồi lƣợng động FCV Fuel Cell Vehicles Các xe sử dụng pin nhiên liệu FWB Flywheel Battery Bánh đà tích điện Internal Combustion Động đốt truyền thống vii ` DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Các hƣớng nghiên cứu cơng nghệ tích trữ lƣợng tái tạo phanh [5] Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống tích trữ lƣợng tái tạo phanh dƣới dạng điện Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển converter [19] Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phanh tái sinh với siêu tụ Hình 1.5: Hệ thống tích trữ lƣợng phanh thủy lực kiểu nối tiếp [34] Hình 1.6: Hệ thống tích trữ lƣợng phanh thủy lực kiểu song song [34] Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống tích trữ lƣợng phanh bánh đà [36] Hình 1.8: Bánh đà tích điện xe Porches 918 RSR concept [36] Hình 1.9: Hệ thống bánh đà tích trữ lƣợng xe Volvo [35] Hình 1.10: Hệ thống tích trữ lƣợng phanh lò xo cuộn [36] 10 Hình 1.11: Độ ổn định điện áp phƣơng án tích trữ lƣợng phanh [5] 11 Hình 1.12: Khả chịu nhiệt phƣơng án tích trữ lƣợng phanh[5] 12 Hình 1.13: Hiệu suất phƣơng án tích trữ lƣợng phanh [5] 12 Hình 1.14: Suất tiêu hao nhiên liệu phƣơng án tích trữ lƣợng phanh[5] 13 Hình 1.15: Giá thành so sánh phƣơng án tích trữ lƣợng phanh [5] 13 Hình 1.16: Sơ đồ thử nghiệm tác giả Jefferson and Ackerman [25] 17 Hình 1.17: Sơ đồ thử nghiệm của tác giả R.J.Hayes [26] 18 Hình 1.18: Sơ đồ hệ thống tích trữ lƣợng phanh ZI [7] 19 Hình 1.19: Sơ đồ hệ thống tích trữ lƣợng phanh khí [27] 20 Hình 1.20: Bánh đà siêu tốc hãng Flybird [36] 20 Hình 1.21: Sơ đồ thử nghiệm hệ thống SJSU-RBS [33] 21 Hình 1.22: Mơ hình RBS đề xuất 24 Hình 2.1: Các lực tác dụng lên xe 26 Hình 2.2: Thử nghiệm bệ thử xe 38 Hình 2.3: Màn hình thị đo 38 Hình 2.4: Cơng suất kéo công suất cản tay số 41 viii ... thực cải tiến, mang tính kế thừa đề tài thầy qua đề tài ? ?Nghiên cứu điều khiển mô hệ thống thu hồi lượng quán tính ô tô dựa chu trình lái xe? ?? Để ngày hồn thiện nghiên cứu hệ thống để ứng dụng vào... 2.2.Xác định thông số thu hồi lƣợng quán tính xe phanh 31 2.2.1.Xác định mơ men qn tính xe q trình phanh giảm tốc 32 CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƢỢNG THEO CÁC CHU TRÌNH LÁI XE CƠ BẢN... 3.5. 1Năng lƣợng thu hồi đƣợc dựa chu trình FTP 75 54 3.5. 2Năng lƣợng thu hồi đƣợc dựa chu trình ECE R15 54 3.5. 3Năng lƣợng thu hồi đƣợc dựa chu trình EUDC 54 3.5. 4Năng lƣợng thu hồi