Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ điều khiển phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid

Bài báo này sẽ tiến hành nghiên cứu, chế tạo một hệ thống hybrid hỗn hợp kiểu đồng tốc với hệ dẫn động bằng bộ truyền vô cấp lắp đặt trên xe. Kết quả nghiên cứu cho thấy động cơ đốt trong sẽ luôn làm việc ổn định tại chế độ tối ưu khi tải ngoài thay đổi.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN PHỐI HỢP NGUỒN ĐỘNG LỰC CHO XE HYBRID RESEARCH DESIGN AND MANUFACTURE OF A POWER DISTRIBUTION CONTROL UNIT FOR HYBRID VEHICLES TRẦN VĂN ĐĂNG1,2,*, KHỔNG VŨ QUẢNG1, TRẦN ĐĂNG QUỐC1, NGUYỄN KHẢ TRƯỜNG AN1 Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Khoa Cơ khí động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên *Email liên hệ: trandang.utehy@gmail.com Tóm tắt Giảm phát thải tiêu hao nhiên liệu cho phương tiện giới vấn đề nóng hổi, thu hút quan tâm nhà nghiên cứu Một giải pháp thực mục tiêu sử dụng hệ động lực hybrid Bài báo tiến hành nghiên cứu, chế tạo hệ thống hybrid hỗn hợp kiểu đồng tốc với hệ dẫn động truyền vô cấp lắp đặt xe Kết nghiên cứu cho thấy động đốt làm việc ổn định chế độ tối ưu tải ngồi thay đổi Qua đó, suất tiêu hao nhiên liệu lượng phát thải xe giảm Kết báo đóng góp đáng kể trình thiết kế phát triển xe hybrid Việt Nam Giới thiệu Quá trình phát triển kinh tế - xã hội quốc gia giới gây ảnh hưởng nặng nề đến mơi trường Nó làm cho mơi trường sống loài người bị biến đổi ngày xuống cấp Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường thành phố lớn trở thành vấn đề cấp bách Hình cho thấy khí thải từ phương tiện giao thơng giới đường đóng góp nhiều tổng lượng phát thải gây nhiễm mơi trường khơng khí thị Các khí thải chủ yếu bao gồm: SO , NO2 , CO, bụi (TSP, PM10, PM2,5) Từ khóa: Xe hybrid, động đốt trong, động điện Abstract Reducing emissions and fuel consumption for vehicles is a hot issue, attracting the attention of researchers One of the solutions to achieve this goal is to use a hybrid powertrain This paper will research and manufacture a synchronous hybrid system with a stepless transmission system installed on the vehicle Research results show that the internal combustion engine will always work stably at the optimal mode when the external load changes Thereby, the fuel consumption rate and emissions of the vehicle will be reduced The result of this paper is a significant contribution in the process of designing and developing hybrid vehicles in Vietnam Keywords: Hybrid electric vehicles, internal combustion engine, electric motor 202 Hình Tỷ lệ đóng góp phát thải chất gây ô nhiễm không khí phương tiện giao thông giới đường toàn quốc năm 2019 [3] Một giải pháp để nâng cao hiệu suất giảm ô nhiễm môi trường từ phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu xăng diesel sử dụng nhiên liệu thay xăng sinh học, diesel sinh học, khí CNG, LPG,…[1] Đặc biệt hướng tới phương tiện giao thông sử dụng nguồn lượng điện hydro Như để sử dụng lượng điện hydro phương tiện giao thông cần hai giải pháp thay hồn tồn nguồn lượng từ ĐCĐT (Động đốt trong) là: xe điện (BEV) xe sử dụng pin nhiên liệu (FCV) phối hợp nguồn SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 lượng từ ĐCĐT với (Động điện) ĐCĐ (xe hybrid) [2] Tuy nhiên sử dụng xe điện (BEV) gặp khó khăn, thời gian sạc pin, quãng đường xe chạy sau lần sạc, việc quy hoạch xây dựng sở hạ tầng trạm sạc vấn đề lớn việc phát triển dịng xe BEV Chính để phù hợp với mục tiêu giảm ô nhiễm môi trường khơng làm ảnh hưởng đến q trình sử dụng thay đổi sở hạ tầng việc phát triển xe hybrid Việt Nam hướng phù hợp giai đoạn nay, phương tiện cá nhân xu hướng hồn tồn phù hợp với chiến lược phát triển phương tiện giao thông “sạch” thể Hình Hình Chiến lược phát triển xe sử dụng lượng điện hydro Trong báo đề cập đến công nghệ chế tạo xe hybrid, phối hợp cơng suất ĐCĐ ĐCĐT thiết kế cách công phu đề cập [4] Ắc quy sử dụng làm thiết bị lưu trữ điện cung cấp điện cho ĐCĐ hoạt động Bộ điều khiển trung tâm có tính quản lý phân phối lượng, giao tiếp điều khiển, ĐCĐ, ĐCĐT người lái xe để phù hợp với tải thường xuyên thay đổi Các phương pháp phối hợp nguồn động lực tính ưu việt xe hybrid kiểu nối tiếp song song, xe hybrid kiểu hỗn hợp tương đối phức tạp tốn Tuy nhiên, hệ thống sử dụng số xe hybrid đại nhờ áp dụng công nghệ điều khiển sản xuất tiên tiến Trong xe hybrid kiểu hỗn hợp, ĐCĐ, máy phát điện, ĐCĐT bánh xe xe liên kết với thông qua nhiều bánh hành tinh thiết bị khác Hình cho thấy sơ đồ hệ thống hybrid hỗn hợp Trong lượng ĐCĐT ĐCĐ cung cấp phân chia truyền đến bánh xe thông qua hai đường dẫn: nối tiếp song song Các đường dẫn dẫn qua máy phát điện kết nối với hệ thống lưu trữ lượng (ESS) tới ĐCĐ đến bánh xe Trong đường dẫn này, lượng học ĐCĐT chuyển đổi thành lượng điện thông qua máy phát điện lượng điện phần lượng sạc cho ắc quy phần lượng thông qua ĐCĐ để dẫn động bánh xe toàn lượng đến ĐCĐ để dẫn động bánh xe Trong đường dẫn song song, động kết nối thông qua bánh với hệ thống truyền lực liên kết Trong đường dẫn này, lượng học ĐCĐT truyền phần toàn đến bánh xe, phần không truyền tới bánh xe chuyển đổi thành lượng điện thông qua máy phát điện để sạc ắc quy Nếu công suất ĐCĐT đáp ứng công suất yêu cầu xe, ĐCĐ cung cấp thêm mô men xoắn tới bánh xe qua hệ thống truyền động Xe hybrid kiểu hỗn hợp kết hợp hai kiểu nối tiếp song song Nó cho phép hệ thống truyền động ĐCĐ điều chỉnh tải ĐCĐT để đạt mức tiết kiệm nhiên liệu tối ưu [2, 4] Như xe hybrid kiểu hỗn hợp phát huy ưu điểm xe hybrid kiểu nối tiếp chạy thành phố ưu điểm xe hybrid kiểu song song chạy xa lộ mang lại hiệu cao cho xe hybrid (a) Xe hybrid kiểu nối tiếp, ĐCĐT, kết hợp với máy phát điện, cung cấp lượng sạc cho pin cung cấp lượng điện cho ĐCĐ, ĐCĐ cung cấp mô men xoắn cho bánh xe (b) Xe hybrid kiểu song song sử dụng ĐCĐT ĐCĐ hai để dẫn động bánh xe, ĐCĐ hoạt động máy phát điện để sạc lại pin trình phanh tái sinh ĐCĐT sản xuất nhiều lượng mức cần thiết để dẫn động bánh xe [2] (c) Xe hybrid kiểu hỗn hợp sử dụng ĐCĐT ĐCĐ hai để dẫn động bánh xe Mặc dù sở hữu SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Hình Sơ đồ cấu tạo xe hybrid hỗn hợp 203 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Cơ sở tính tốn nguồn động lực xe hybrid 3.1 Xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ động lực xe hybrid - Bước 7: Đánh giá kết chạy mô phần mềm AVL-Cruise sử dụng điều kiện suất tiêu hao nhiên liệu lượng phát thải ĐCĐT Nếu thỏa mãn chuyển sang bước kế tiếp, cịn khơng thỏa mãn phải quay lại bước bước - Bước 8: Nếu thỏa mãn điều kiện bước đến bước chế tạo sản phẩm theo thông số mô tinh chỉnh phần mềm AVL-Cruise - Bước 9: Đưa sản phẩm thử nghiệm lấy thông số thử nghiệm để kiểm nghiệm lại mơ hình mơ phần mềm AVL-Cruise [4] 3.2 Thiết kế hệ động lực hybrid Hình Sơ đồ hệ động lực hybrid Hình Sơ đồ quy trình thực tính tốn thiết kế hệ động lực xehybrid Sơ đồ quy trình thực tính tốn thiết kế hệ động lực xe hybrid thể Hình Quy trình cho thấy việc tiến hành bao gồm bước, bước thực diễn giải sau: - Bước 1: Xác định quan điểm thiết kế Đã có nhiều quan điểm thiết kế cho xe hybrid hãng xe nhà nghiên cứu khác nghiên cứu chọn quan điểm thiết kế lấy ĐCĐT nguồn động lực chính, ĐCĐ nguồn động lực phụ trợ - Bước 2: Tiến hành lựa chọn phương pháp để phối hợp công suất nguồn động lực từ phương pháp sử dụng thực tế nghiên cứu khoa học - Bước 3: Thiết kế, tính tốn hệ thống phối hợp nguồn động lực xe hybrid - Bước 4: Song song với việc thiết kế hệ thống phối hợp bước việc xây dựng chiến lược sử dụng quản lý nguồn động lực - Bước 5: Tính tốn thơng số đặc trưng, xây dựng đường đặc tính nguồn động lực ĐCĐ ĐCĐT - Bước 6: Đưa thơng số tính toán, chọn lựa vào phần mềm AVL- Cruise để tiến hành mô đưa kết mô 204 Ngoài việc đáp ứng quy định động học điều kiện hoạt động xe trình bày trên, hệ động lực hybrid cần phải đảm bảo yêu cầu sau: - Bộ phối hợp nguồn động lực phải đảm bảo hoạt động ổn định, tin cậy, kết hợp dễ dàng hai nguồn động lực ĐCĐ ĐCĐT; - Trong trình làm việc, tốc độ thấp nguồn động lực từ ĐCĐ hoạt động chính, tốc độ trung bình ĐCĐT hoạt động, cịn tăng tốc leo dốc hai nguồn động lực hoạt động Nguồn ắc quy nạp từ máy phát điện sạc bên Để đáp ứng yêu cầu này, hệ động lực hybrid thể Hình đáp ứng chế độ làm việc hệ động lực hybrid với vận tốc (V) phù hợp chế độ chạy sau: - Vận tốc V1: Vận tốc xe phù hợp với cận dải làm việc tối ưu ĐCĐT vận tốc cho phép xe chạy khu vực đông dân cư tương ứng với Vxe có ĐCĐ chạy độc lập; - Vận tốc V2: Vận tốc xe phù hợp với cận dải làm việc tối ưu ĐCĐT vận tốc cho phép xe chạy khu vực dân cư tương ứng với Vxe có ĐCĐT chạy độc lập; - Vận tốc V3: Vận tốc xe chạy khu vực dân SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 cư chạy đường cao tốc tương ứng với trường hợp hai nguồn động lực làm việc - Vận tốc Vmax vận tốc lớn xe đạt Chế độ hoạt động ĐCĐ: Khi xe chạy thành phố với tốc độ vừa phải, ta cho xe chạy hoạt động nguồn động lực ĐCĐ Ly hợp điện mở, ĐCĐ truyền chuyển động qua ly hợp chiều truyền tới vi sai tới bánh xe Chế độ hoạt động nạp điện cho ắc quy: Khi xe đứng yên chuyển động phát ắc quy yếu điều khiển định để ĐCĐT hoạt động truyền chuyển động cho máy phát điện để nạp điện cho ắc quy khối thể Hình Với sơ đồ thể Hình cho thấy chiến lược để phối hợp công suất ĐCĐ ĐCĐT, vùng tốc độ khác xe có cách phối hợp nguồn động lực khác Ở chế độ không tải, ĐCĐ cấp điện sẵn sàng hoạt động vặn ga, ĐCĐ tiếp tục hoạt động độc lập mốc vận tốc V1 Từ vận tốc V1 đến V2 có ĐCĐT hoạt động dải vận tốc mà ĐCĐT có suất tiêu hao nhiên liệu thấp lượng phát thải nhỏ Với vận tốc từ V2 đến V3 vùng cần có cơng suất lớn nên kết hợp công suất ĐCĐT ĐCĐ Chế độ hoạt động ĐCĐT: Khi tốc độ xe đạt đến tốc độ cho phép, ly hợp điện tử 13 đóng lại, thông qua khớp nối chiều truyền tới vi sai đến bánh xe Chế độ hoạt động hai nguồn động lực: Khi khỏi thành phố cần hoạt động với tốc độ cao, leo dốc Lúc ly hợp điện từ đóng hai nguồn động lực truyền tới vi sai bánh xe 3.3 Phân chia tỷ lệ công suất Tỷ lệ công suất ĐCĐT ĐCĐ thuộc hệ động lực hybrid thể hệ số hybrid (HF), định nghĩa sau [2]: HF = N ÐCÐ N = ÐCÐ N ÐCÐ + N ÐCÐT Ntong (1) Trong đó: NĐCĐ NĐCĐT cơng suất có ích lớn ĐCĐ ĐCĐT; Ntong tổng cơng suất u cầu Hình Chiến lược điều khiển tổng quan xe hybrid 3.4 Chiến lược phối hợp nguồn động lực xe hybrid Tính tốn hệ động lực xe hybrid Để phối hợp nhịp nhàng, hiệu ĐCĐ ĐCĐT, ta phải dựa vào vận tốc xe, quy định tốc độ xe giới tình trạng tham gia giao thông phương tiện hành Do vận tốc xe có quan hệ trực tiếp với công suất hệ động lực vận tốc nguồn động lực nên vận tốc xe chia làm khoảng nhỏ, phù hợp với quy định quy chuẩn đặc tính nguồn động lực Với khoảng, có phương án phối hợp nguồn động lực riêng để đảm bảo xác tối ưu Trong trình thiết kế xe truyền thống, cơng suất cực đại động xác định sở số tính kỹ thuật xe, ví dụ: Tính động lực học, tính việt dã, đặt thiết kế Đối với xe hybrid, nguồn động lực khác cần có phối hợp cho tổng công suất cung cấp cho bánh xe chủ động phải công suất cực đại động xe truyền thống có tính kỹ thuật tương đương, mà công suất nguồn động lực phải lựa chọn cho hệ thống làm việc với tiêu kinh tế - kỹ thuật - mơi trường cao Từ quy tắc mốc vận tốc nêu trên, ta tiến hành xây dựng sơ đồ tổng quan chiến lược phối hợp nguồn động lực xe hybrid dạng sơ đồ Để thực đánh giá tính khả thi phương án phối hợp nguồn động lực ĐCĐT ĐCĐ, cần thiết phải có bước tính tốn nguồn động lực SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 4.1 Yêu cầu chung 205 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Sự cần thiết cho việc quản lý lượng nguồn động lực xe hybrid xác định tính tốn theo chiến lược cụ thể nhằm điều khiển cho hoạt động liên tục hệ phối hợp So sánh đối chứng xe sử dụng ĐCĐT xe truyền thống với xe hybrid nhằm đánh giá mức phát thải tiêu hao nhiên liệuNếu công thức toán học đánh số, phải chắn số đánh liên tục 4.2 Tính tốn xác định nguồn động lực cho xe hybrid 4.2.1 Các chế độ vận hành xe hybrid có F = 0,8.1495 1485=1776060 (mm2) Với hệ số liên quan đến hình dạng khí động học (K) khoảng 0,020 ÷ 0,035 (Ns 2/m4) nên ta chọn K = 0,02 Ns2/m4 Lực cản tổng cộng Y = f ± i = f với f hệ số cản lăn đường, f xác định theo biểu thức: ỉ v2 f = f ỗ1 + ữ ố 1500 ứ õy, chọn f0 = 0,018 (trong điều kiện đường nhựa tốt), Vmax= 80km/h = 22m/s 2ư ỉ Vậy: f = 0, 018 ỗ + 22 ữ = 0, 0238 = Y ỗ ữ Cỏc ch hnh xe nh sau [5]: - Chế độ 1: tốc độ tối đa cho phép xe thành phố khu vực đơng dân cư V1= 30km/h, có ĐCĐ làm việc - Chế độ 2: trường hợp có tốc độ giao động từ V1 đến V2 tức từ 30 đến 40 km/h, chế độ này, có ĐCĐT hoạt động tương ứng V2 = 40km/h - Chế độ 3: tốc độ xe chạy khu vực ngoại V3= 40 ¸ 60 (km/h), xe sử dụng phối hợp hai nguồn động lực è 1500 ø æ 650.0, 0238.80 0, 02.1, 776.80 N eV = + ỗ max 0, ç 270 3500 è ÷÷ ø = 10, 87 ml = 8,11kW Bảng Các thông số kỹ thuật ĐCĐT - Piaggio 150cc Đặc tính kỹ thuật Ký hiệu - Chế độ 4: tốc độ cực đại xe chạy hai nguồn động lực ĐCĐT ĐCĐ, tốc độ Vmax = 60 ¸ 80 (km/h) Kiểu động V3ie 150cc Số xi lanh/ cách bố trí i Loại nhiên liệu xăng 4.2.2 Tính tốn xác định cơng suất hệ động lực xe hybrid Công suất cực đại kW/v/ph 8,7/7500 Mô men cực đại N.m/v/ph 12/5000 Khi xe làm việc Vmax, cơng suất nguồn động lực xe tính theo công thức: Tỷ số nén - 10.5:1 Số kỳ Dung tích cơng tác cm3 154,8 Đường kính x Hành trình mm x mm 58,0 x 58,6 (2) Trong đó: G trọng lượng tồn xe tính theo cơng thức: G = (Gt + G0 + Gđcđt + Gđcđ + Gaq + Gkhác) (3) Theo thiết kế, G0 = 300kg trọng lượng thân xe; Gđcđt = 35kg khối lượng ĐCĐT; Gđcđ = 25kg khối lượng ĐCĐ; Gaq = 120kg khối lượng bình ắc quy; Gkhác = 20kg khối lượng thành phần khác; Gt= (m1+m2)n (kg) tải trọng chuyên chở Giả thiết: m1 = 60kg trọng lượng người; m2 = 15kg trọng lượng hành lý người; n = lượng người theo thiết kế Với thiết kế xe chỗ, nên Gt = 150kg Từ giá trị thay vào cơng thức ta có G = 650kg Lực cản diện xe F = 0,8.B0.H Trong thông số xác định sau: chiều rộng sở xe thiết kế B0 = 1495mm; chiều cao toàn xe thiết kế H = 1485mm Thay số vào công thức ta 206 TT Giá trị Trên sở kết tính toán trên, ta xét thấy động Piaggio 150cc với thông số thể hiên Bảng phù hợp để lựa chọn 4.2.3 Tính tốn cơng suất ĐCĐ ĐCĐ phát huy vận tốc lớn chạy đường bằng, khơng kéo móc, vận tốc tối đa 40 (km/h) Áp dụng công thức (2) với: G = 650kg trọng lượng toàn tải; f = 0,018 hệ số cản lăn đường; VĐCĐ = 40 km/h tốc độ cực đại xe tay số truyền thẳng chạy đường tốt, nằm ngang; K = 0,02N.s2 /m4 hệ số cản khơng khí Thay số vào cơng thức trên, ta tính được: Nv = ỉ 650.0, 0238.40 0,02.1, 776.403 + ỗ ữ = 3, 27(ml ) 0,9 è 270 3500 ø SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Vậy cơng suất ĐCĐ cần dùng 3,27 mã lực tương ứng với 2,4kW - Đối với ĐCĐ chiều dùng cho mô hình xe hybrid ĐCĐ chiều khơng chổi than phương án sử dụng tốt công suất an tồn; - Cơng suất chọn có Nechon>Nv với ĐCĐ có Ned = 3kW hồn tồn phù hợp với cơng suất chọn khoảng từ 250 đến 340 (g/kWh) Vì vậy, dải tốc độ từ 3000 đến 4000 (v/ph) sử dụng chế độ không cần công suất cao mà đạt suất tiêu hao nhiên liệu thấp Vậy ĐCĐT có dải làm việc từ 3000 đến 6000 (v/ph), chế độ cần công suất tốc độ cao ĐCĐT làm việc ngồi vùng làm việc tối ưu để ưu tiên cho công suất đầu xe hybrid Bảng Thông số kỹ thuật động điện TT Giá Tên Đơn vị trị HPM3000B Motor Công suất định mức kW Số vòng quay định mức 3500 v/ph Số vòng quay cực đại 6000 v/ph Hiệu điện 48 V Dòng điện định mức 100 A Khối lượng 25 kg Đồ thị đặc tính mômen, công suất theo tốc độ ĐCĐ thể trên Hình Hình Đồ thị đặc tính mơmen, cơng suất theo tốc độ động điện Như dựa vào phân tích ĐCĐT dùng cho xe hybrid chọn động Piaggio 150cc làm việc vùng có n = 3000¸6000 (v/ph) có P = 2,8¸6,3 (kW); M = 9,6¸11,7 (Nm) Thiết kế hệ thống điều khiển nguồn động lực xe 5.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển chức làm việc khối điều khiển Hình Đồ thị 3D mối quan hệ tốc độ, Me ge ĐCĐT 4.2.4 Tính tốn xác định cơng suất ĐCĐT Theo công thức (1) với NĐCĐ = 3kW, Ntong = 8,7kW HF tính sau: = Đ Đ Đ Đ Đ Đ = = Với HF = 0,35 N ĐCĐT = 5,7kW , = 0,35 Hình thể mối quan hệ tốc độ, mô men tiêu hao nhiên liệu ĐCĐT Có thể thấy dải tốc độ có suất tiêu hao nhiên liệu thấp mô men cao dải tốc độ từ 4000 đến 6000 (v/ph) Dải tốc độ vùng làm việc tối ưu ĐCĐT Tuy nhiên, tốc độ 3000v/ph, với chế độ làm việc có mơ men thấp lượng tiêu thụ nhiên liệu mức thấp, SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử Sơ đồ hệ thống điều khiển gồm khối khối đầu vào, khối xử lý trung tâm khối đầu thể Hình Nhiệm vụ khối đầu vào bao gồm việc thu thập tín hiệu đo lường từ cảm biến, tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển gửi 207 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 tới xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm sau nhận tín hiệu tiến hành chuyển đổi, tính tốn, phân tích truyền tín hiệu điều khiển đến khối đầu Khối đầu bao gồm thiết bị hiển thị mạch điều khiển cấu chấp hành [7] 5.2 Bộ xử lý trung tâm Đây não hệ thống điều khiển điện tử, ECU chứa thuật toán điều khiển lập trình viết cài đặt sẵn nhớ thường EFROM ECU Trong trình làm việc, ECU tiến hành thu thập thông số đầu vào (input), tính tốn chuyển đổi phân tích cácgiá trị Tùy thuộc vào giá trị thông số mà ECU định lựa chọn chương trình thích hợp chuyển đổi thành xung tín hiệu điều khiển đầu (output) cho mạch điều khiển ĐCĐ, ĐCĐT, mạch nạp cuộn dây điện từ khóa mở máy phát Để đảm bảo khả điều khiển mềm dẻo hệ thống, ta lựa chọn phương án xây dựng xử lý trung tâm vi điều khiển Các vi điều khiển thích hợp cho thiết kế nhỏ với thành phần thêm vào tối thiểu nhằm thực hoạt động hướng điều khiển Một vi điều khiển mạch đơn chứa bên CPU mạch khác để tạo nên hệ máy tính đầy đủ Ngồi CPU, vi điều khiển chứa bên chúng nhớ RAM, ROM, mạch giao tiếp nối tiếp, mạch giao tiếp song song, định thời gian mạch điều khiển ngắt Tất diện bên vi mạch Một đặc trưng quan trọng vi điều khiển hệ thống ngắt thiết kế bên chip Vì vậy, thiết kế hướng điều khiển vi điều khiển đáp ứng với tác động bên theo thời gian thực Hình 10 Hệ thống thử nghiệm bao gồm mơ hình phối hợp nguồn động lực xe hybrid thiết bị dụng cụ đo lắp đặt hoàn chỉnh thể Hình 11 5.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Sơ đồ tồn hệ thống thử nghiệm bao gồm ĐCĐT, ĐCĐ hệ thống truyền động, thiết bị đo thể Hình 12 hình ảnh thực tế sau lắp đặt hệ thống thử nghiệm thể Hình 11 Hình 12 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm Hình 13 So sánh tiêu hao lượng chế độ tốc độ khác Kết thử nghiệm thảo luận 6.1 Kết tiêu hao lượng Trên đồ thị Hình 13 thể so sánh đặc tính tế hệ thống hybrid có ĐCĐT, ĐCĐ phối hợp hai nguồn động lực Hình 10 Mạch điều khiển trung tâm Khi hệ thống hoạt động chế độ phối hợp cơng suất, vị trí tay ga ĐCĐT cắt giảm 30%, 50% 70%, đồng thời dòng điện cung cấp cho ĐCĐ tăng lên để trì mơmen khơng đổi Kết đo đạc đánh giá tính kinh tế lượng hệ thống tốc độ khác thể Hình 13 Tính kinh tế lượng xác định theo công thức sau đây: E = mxangxLHVxang + PĐCĐx3,6 Trong đó: - E tổng lượng tiêu thụ, (MJ/h); - mxanglà lượng nhiên liệu xăng tiêu thụ, (kg/h); Hình 11 Mơ hình lắp hồn thiện thiết bị đo 208 -LHVxang nhiệt trị thấp nhiên liệu xăng, (MJ/kg); SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 - PĐCĐ công suất động điện, (kW) Kết thể Hình 13 cho thấy, hệ thống hoạt động chế độ phối hợp, mức tiêu thụ lượng hệ thống giảm đáng kể Hệ thống hoạt động có hiệu suất chuyển đổi lượng tốt vùng tốc độ thấp giảm dần vùng tốc độ cao Tương tự, vùng tải cao việc phối hợp hai nguồn lượng có lợi ích so với vùng tải thấp, giá trị tốc độ Tại tốc độ động ổn định 6000 v/ph, tiêu hao lượng giảm 1,38%, 9,8% 35,88% Kết Hình 16 cho thấy lượng phát thải NOx có xu hướng giảm hệ thống hoạt động chế độ phối hợp hai nguồn động lực Tại tốc độ 6000v/ph giá trị 33% 54,4% 36,1% 45,3% 6.2 Kết thành phần khí thải động Kết Hình 14 thể diễn biến phát thải CO sử dụng ĐCĐT phối hợp nguồn động lực ĐCĐT ĐCĐ Kết cho thấy, tăng tỷ lệ hỗ trợ ĐCĐ lượng phát thải CO giảm mạnh Tại tốc độ 6000v/ph, phát thải CO giảm 6,1%, 21,8% 64,5% phối hợp hai nguồn động lực Hình 16 So sánh phát thải NOx ĐCĐT xe truyền thống xe hybrid Kết luận - Hệ thống động lực thiết kế chế tạo ổn định hoạt động kết hợp hai nguồn động lực hoạt động riêng lẻ nguồn động lực - Khi hoạt động tốc độ thấp nguồn lượng điện sử dụng việc phát thải nhiễm khơng có, sử dụng ĐCĐT mức phát thải giảm đáng kể so với chạy nguồn lượng ĐCĐT cho xe truyền thống Hình 14 So sánh phát thải CO ĐCĐT xe truyền thống xe hybrid Kết Hình 15 thể diễn biến phát thải HC trường hợp sử dụng nguồn động lực ĐCĐT so với trường hợp phối hợp nguồn động lực Diễn biến HC có thay đổi theo xu hướng khác vùng tốc độ chế độ tải tốc độ 6000v/ph phát thải HC có xu hướng giảm Cụ thể, HC giảm 23,3%; 33,8% 64,7% tốc độ 6000v/ph Điều lý giải sau: vùng tốc độ thấp, hỗn hợp nhiên liệu khơng khí tương đối nhạt hệ số dư lượng khơng khí lamda lớn - Từ kết thử nghiệm, ta thấy lượng phát thải xe hybrid giảm đáng kể so với xe truyền thống (chỉ sử dụng nguồn động lực ĐCĐT) có ĐCĐ hỗ trợ nguồn động lực ĐCĐT với NOx giảm từ 8,8% đến 70%, HC giảm từ 10,8% đến 65%, CO giảm từ 6,1% đến 81% chế độ phối hợp khác ĐCĐT ĐCĐ - Lượng tiêu hao lượng xe hybrid so với xe truyền thống giảm từ 3,3% đến 35,88% so với xe truyền thống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Anh Tuấn Nhiên liệu thay dùng cho động đốt NXB Bách khoa Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội IBSN: 978-604-95-01715, 2017 [2] Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Stefano Longo, and Kambiz Ebrahimii Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles.IEEE Industrial Electronics Magazine Vol.12, Issue: 4, Dec 2018, pp.46-48, 2018 Hình 15 So sánh phát thải HC ĐCĐT xe [3] Báo cáo trạng môi trường quốc gia 2019 Bộ Tài nguyên Môi trường truyền thống xe hybrid SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 209 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 [4] Wei- Liu (2013) Introduction to Hybrid vehicle System Modeling and Control.8 March 2013 ISBN: 9781118308400 DOI: 10.1002/9781118407400 [5] Bộ Giao thông vận tải Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia động xe mô tô, xe gắn máy điện (QCVN 90:2019/BGTVT) Cục Đăng kiểm Việt Nam, Bộ Giao thông vận tải, 2019 210 [6] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng Lý thuyết ô tô máy kéo NXB Khoa học Kỹ thuật, 1996 [7] Lê Văn Doanh Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 29/6/2021 09/8/2021 15/8/2021 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) ... NOx ĐCĐT xe truyền thống xe hybrid Kết luận - Hệ thống động lực thiết kế chế tạo ổn định hoạt động kết hợp hai nguồn động lực hoạt động riêng lẻ nguồn động lực - Khi hoạt động tốc độ thấp nguồn. .. [4] 3.2 Thiết kế hệ động lực hybrid Hình Sơ đồ hệ động lực hybrid Hình Sơ đồ quy trình thực tính tốn thiết kế hệ động lực xehybrid Sơ đồ quy trình thực tính tốn thiết kế hệ động lực xe hybrid. .. Chiến lược điều khiển tổng quan xe hybrid 3.4 Chiến lược phối hợp nguồn động lực xe hybrid Tính tốn hệ động lực xe hybrid Để phối hợp nhịp nhàng, hiệu ĐCĐ ĐCĐT, ta phải dựa vào vận tốc xe, quy định