Thiết kế cải tạo xe gắn máy honda lead 110CC thành xe lai 02 bánh kiểu nối tiếp

Thiết kế cải tạo xe gắn máy honda lead 110CC thành xe lai 02 bánh kiểu nối tiếp Thiết kế cải tạo xe gắn máy honda lead 110CC thành xe lai 02 bánh kiểu nối tiếp Thiết kế cải tạo xe gắn máy honda lead 110CC thành xe lai 02 bánh kiểu nối tiếp

TÓM TẮT Nghiên cứu thực xe máy lai xăng – điện đƣợc cải tạo từ xe Honda Lead 110cc với động điện đƣợc tích hợp bánh trƣớc Xe đƣợc di chuyển hoàn toàn nhờ động điện, động đốt có nhiệm vụ dẫn động máy phát điện sạc lại nguồn dung lƣợng nguồn thấp mức quy định Nội dung nghiên cứu là: Tính chọn động điện phù hợp, đề xuất chọn ắc – quy máy phát phù hợp với điều kiện vận hành theo hai chu trình thử ECE – R40 Japan 10 Mode nh m giải toán tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trƣờng; xây dựng mơ hình tốn học phận hệ thống truyền lực xe máy hybrid, mơ hình tốn học hệ thống lƣu trữ lƣợng xe; thực mơ mơ hình tốn xe hybrid sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để đánh giá thông số quan trọng xe bao gồm: Quãng đƣờng di chuyển cho lần sạc, mức tiêu hao nhiên liệu, khả đáp ứng theo chu trình mơ phỏng, mức giảm SOC Kết mô luận án đƣợc dùng để so sánh với kết đƣợc nghiên cứu đề tài trƣớc đây, từ đánh giá đƣợc tính hiệu kinh tế nhiên liệu phƣơng án cải tiến xe Kết mơ theo chu trình chạy thử ECE – R40 Japan 10 Mode cho thấy xe sau cải tạo hoạt động không thua xe Trong mức tiêu hao nhiên liệu trƣờng hợp nửa tải 1.209 lít/100km cho xe cải tạo sử dụng nguồn 60Ah 1.743 lít/100km cho xe cải tạo sử dụng nguồn 40Ah, xe cải tạo kiểu song song 2.279 lít/100km xe 2.447 lít/100km Ở trƣờng hợp xe gắn máy di chuyển hoàn toàn b ng lƣợng tích trữ nguồn nhờ khối plug-in SOC ≥ 20%, xe đƣợc quãng đƣờng 83.565 km (xe cải tạo sử dụng nguồn 60Ah) 57.035 km (xe cải tạo sử dụng nguồn 40Ah) Chi phí đầu tƣ cho xe hybrid kiểu nối tiếp với nguồn Li-ion 60Ah cao xe 20,242,810đ Tuy nhiên, km khai thác xe hybrid kiểu nối tiếp tiết xi kiệm đƣợc 229.16đ, sau khoảng 88,000km hịa vốn chi phí đầu tƣ Nếu khai thác hết vòng đời xe hybrid tiết kiệm đƣợc khoảng 38.5 triệu đồng so với xe xii ABSTRACT This study presents a research related to a Hybrid Electric Motorcycle which renovated from a Honda Lead 110cc with electric motors integrated in the front wheels The motorcycle is completely moved by an electric motor, while the internal combustion engine is responsible for driving the generator to recharge the power supply when the capacity of the power supply is lower than the prescribed level The main contents of the study are: Calculating the appropriate electric motor, proposing to choose batteries and generators suitable for operating conditions according to two driving cycles: ECE - R40 and Japan 10 Mode to solve the problem of saving fuel, reducing environmental pollution; building mathematical models of parts in hybrid motorcycle powertrain systems, mathematical models of energy storage systems on vehicles; perform simulation model of hybrid motorcycle using Matlab/Simulink software to evaluate important parameters of the vehicle including: Distance traveled for a charge, fuel consumption, ability to meet the cycle the simulation, SOC reduction level The simulation results in the thesis are used to compare with the research results of previous topics, thereby predicting the dynamics and fuel economy of the improved vehicles The simulation results of ECE - R40 and Japan 10 Mode driving cycles show that the motorcycle after renovation can operate no less than the original motorcycle While the fuel consumption in the case of half-load is 1.209 liters/100km for a renovated motorcycle uses a 60Ah battery pack and 1.743 liters/100km for a renovated motorcycle uses a 40Ah battery pack, while a parallel hybrid motorcycle is 2.279liters/100km and that of a original motorcycle is 2.447 liters/100km In the case of a motorbike traveling entirely with the energy stored in the power source thanks to the plug-in block when the SOC is ≥ 20%, the motorcycle can travel 83.565 km (renovated motorcycle uses 60Ah power supply) and 57.035 km ( renovated motorcycle using 40Ah power adapter) In the case of a motorcycle moving entirely with the energy stored in the battery pack thanks to xiii plug-in block when SOC ≥ 20%, the motorcycle traveled 83.565 km (the motorcycle uses 60Ah battery pack) and 57.035 km (the motorcycle uses 40Ah battery pack) The cost of investment vehicle for a hybrid motorcycle with a 60Ah battery pack supply is 20,242,810 Vietnam dongs higher than the original motorcycle However, every kilometer of exploiting a serial hybrid motorcycle saves 229.16 Vietnam dongs, after about 88,000km will break even investment costs At the end of a hybrid motorcycle life cycle will save about 38.5 million Vietnam dongs compared to the original motorcycle xiv M CL C LÝ LỊCH KHOA HỌC vii LỜI CAM ĐOAN ix LỜI CẢM ƠN .x TÓM TẮT xi MỤC LỤC xv DANH MỤC CÁC K HIỆU VÀ CHỮ VI T TẮT xviii DANH MỤC HÌNH ẢNH xxi DANH MỤC BẢNG BI U xxvii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 T ng quan nghiên cứu nƣớc 1.2.1 T ng quan nghiên cứu nƣớc 1.2.2 T ng quan nghiên cứu nƣớc .11 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 16 1.3.1 Mục tiêu đề tài 16 1.3.2 Nhiệm vụ đề tài .16 1.4 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài .17 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 17 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 18 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu .18 1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu 18 1.5.2 Phƣơng pháp lý thuyết 18 1.5.3 Phƣơng pháp mô - mô hình hóa 18 1.5.4 Phƣơng pháp thực nghiệm 19 Chƣơng 20 CƠ S LÝ THUYẾT 20 2.1 T ng quan xe hybrid .20 xv 2.1.1 Đặc điểm cấu tạo xe hybrid 20 2.1.2 Xe hybrid kiểu nối tiếp 21 2.1.3 Xe hybrid kiểu song song .23 2.1.4 Xe hybrid kiểu hỗn hợp 25 2.1.5 Xe hybrid Plug-in 30 2.2 Cấu tạo xe hybrid xăng – điện .32 2.2.1 Ắc – quy 32 2.2.2 Động điện 37 2.2.3 Bộ điều khiển điện tử 43 2.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình hóa mơ .44 2.3.1 Các khái niệm mơ hình hóa mơ 44 2.3.2 Vai trị phƣơng pháp mơ hình hóa hệ thống 44 2.3.3 Phân loại mơ hình hóa hệ thống 45 2.3.4 Phƣơng pháp mô 46 2.4 Chu trình thử nghiệm ECE-R40 Japan 10 Mode 47 Chƣơng 50 GIẢI PHÁP NGHIÊN C U CẢI TẠO 50 3.1 Chọn xe thực cải tạo .50 3.2 Phƣơng pháp cải tạo xe Honda Lead thành xe máy lai kiểu nối tiếp 53 3.3 Tính tốn chọn động điện .54 3.3.1 Tính toán đƣờng b ng 56 3.3.2 Tính tốn trƣờng hợp leo dốc 62 3.4 Tính tốn chọn nguồn máy phát 67 3.4.1 Tính tốn chọn nguồn 67 3.4.2 Tính tốn chọn máy phát 69 Chƣơng 72 MƠ HÌNH HĨA MÁY HY IR KIỂU NỐI TIẾP VÀ MƠ PHỎNG .73 4.1 Mơ hình hóa ngƣời lái 73 4.2 Mơ hình hóa động đốt máy phát .74 xvi 4.3 Mơ hình hóa động điện 76 4.4 Mô hình hóa hệ thống lƣu trữ lƣợng 78 4.5 Mơ hình hóa động lực học thân xe 80 4.6 Mơ hình hóa điều khiển 81 4.7 Mô xe máy hybrid kiểu nối tiếp .84 4.8 Kết mô 84 4.8.1 Kết tính tốn chọn nguồn 84 4.8.2 Kết mô hai nguồn 40Ah 60Ah 87 4.9 Tính tốn chi phí đầu tƣ, khai thác 99 4.9.1 Tính tốn chi phí đầu tƣ 99 4.9.2 Tính tốn chi phí khai thác sử dụng 100 4.9.3 Đánh giá chi phí đầu tƣ khai thác .104 Chƣơng 107 KẾT LUẬN 107 5.1 Kết luận 107 5.2 Kiến nghị hƣớng phát triển đề tài 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 PH L C 114 PH L C 123 xvii ANH M C CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT S Diện tích cản gió (m2) α Góc dốc (rad) CX Hệ số cản khí động học f Hệ số cản lăn φ Hệ số bám Fw Lực cản gió (N) Ff Lực cản lăn (N) Fi Lực cản leo dốc (N) Fj Lực cản quán tính (N) Fk Lực kéo (N) Fc T ng lực cản (N) Fkmax Lực kéo giới hạn (N) Mk Moment kéo (N.m) rbx Bán kính bánh xe (m) Z Tải trọng pháp tuyến (N) g Gia tốc trọng trƣờng (m/s2) ρ Khối lƣợng riêng khơng khí (kg/cm3) gfuel Suất tiêu hao nhiên liêu (g/s) Gfuel T ng lƣợng tiêu hao nhiên liệu (g) I Dòng điện In Dịng điện nạp Ip Dịng điện phóng J Gia tốc xe (m/s2) Jp Gia tốc phanh (m/s2) m Khối lƣợng xe (kg) xviii ηm Hiệu suất động điện Pe Công suất động đốt (W) Pf Công suất cản lăn (W) Pi Công suất cản dốc (W) Pj Cơng suất cản qn tính (W) Pc T ng công suất cản (W) Pk = Pdemand Công suất kéo yêu cầu (W) Pm = Pelec Công suất động điện (W) Pw Cơng suất cản gió (W) ωe Vận tốc góc động đốt ωm Vận tốc góc động điện nm Số vòng quay động điện MK_m Moment kéo động điện ICE - Internal Combustion Engine Động đốt BSFC - Brake specific fuel consumption Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kWh) CVT - Continuously Variable Hộp số vô cấp Transmission EFI - Electronic Fuel Injection Phun xăng điện tử SOHC - Single OverHead Camshaft Trục cam đơn LPG - Liquefied Petroleum Gas Nhiên liệu khí hóa lỏng DC - Direct Current Điện chiều AC – Alternating Current Điện xoay chiều HEM – Hybrid Electric Motorcycle Xe máy điện hybrid HCCI - Homogeneous charge Động xăng không cần bu-gi compression ignition Động điện EM - Electric motor PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicles Xe hybrid sạc điện S-HEV - Series Hybrid Electric Vehicle Xe hybrid kiểu nối tiếp MG – Motor Generator Motor – máy phát điện liên hợp xix Xe hybrid kiểu song song P-HEV - Parallel Hybrid Electric Vehicle THS - Toyota Hybrid System Hệ thống hybrid Toyota PHT - Parallel Hybrid Truck Xe tải hybrid kiểu song song PSD - Power Split Device Bộ chia công suất SP-HEV: series - parallel hybrid Electric Xe hybrid kiểu hỗn hợp vehicle Động không đồng ba pha ACIM - Alternating Current Induction Motor SynRM - Synchronous Reluctance Motor Động điện từ trở đồng SRM - Switched Reluctance Motor Động điện từ trở thay đ i IPM motor - Interior Permanent Magnet Động đồng nam châm vĩnh cửu Motor chìm BLDC - Brushless Direct Current Động chiều không ch i than PGM – FI - Programmed Fuel Injection Hệ thống phun xăng điện tử System UDC – Urban Driving Cycles Chu trình lái xe thị EU – European Union Liên minh Châu Âu xx M hình ng iện Mơ hình hệ thống ƣu M hình ƣơng ng l c học thân xe 115 Mô hình b C de chƣơng i u khiển ình i u khiển function [Pe_demand, n_engine, Pm_demand, P_brake, P_charge, MODE_NUM, ModeSet] = fcn(Gnl, P_demand, SOC, SOC_min,SOC_stop, SOC_max, Peff_max, Peff_min,n_effmax, n_effmin, MODE_NUM1, Pm_max) 116 %#codegen Pm_demand=0; P_brake=0; Pe_demand=0; P_charge=0; n_engine=0; MODE_NUM=2; ModeSet=0; if SOC==1 MODE_NUM=2; Pe_demand=0; P_charge=0.25*Pe_demand; n_engine=0; end if SOC>=SOC_max && Gnl==0 MODE_NUM=2; Pe_demand=0; P_charge=0.25*Pe_demand; n_engine=0; end if SOC=SOC_min MODE_NUM=1; Pe_demand=Peff_max; P_charge=0.25*Pe_demand; n_engine=n_effmax; else if SOC=SOC_max && SOC0 MODE_NUM=1; Pe_demand=Peff_max; P_charge=0.25*Pe_demand; n_engine=n_effmax; end if SOC=SOC_min && Gnl>730.8 MODE_NUM=0; Pe_demand=Peff_min; P_charge=0.25*Pe_demand; n_engine=n_effmin; end if P_demand>=0; P_brake=0; Pm_demand=P_demand; else P_brake=P_demand; Pm_demand=0; End Thông số b nguồn 118 - Thông số Li-ion Phosphate 3.2V – 40Ah: 119 120 - Thông số Li-ion Phosphate 3.2V – 60Ah: 121 122 PH L C 123 124 125 126 127 128 129 ... chế tạo phƣơng tiện giao thơng hồn tồn Có ba phƣơng pháp cải tạo xe gắn máy thành xe máy hybrid: Một cải tạo thành xe hybrid kiểu nối tiếp, hai cải tạo thành xe hybrid kiểu song song thứ ba xe. .. ng ng lực c a xe plug – in hybrid kiểu n i tiếp xe máy Nếu kết hợp mơ hình xe plug – in hybrid với kiểu hybrid nối tiếp phù hợp với việc cải tạo xe gắn máy 02 bánh thành xe máy lai, phƣơng án... Trong phƣơng pháp thiết kế, cải tạo xe gắn máy thành xe máy lai 02 bánh kiểu nối tiếp có nhƣợc điểm nhƣ: Kích thƣớc dung tích ắc – quy lớn so với việc cải tạo theo kiểu song song kiểu hỗn hợp, động