Khi tốc độ xe thấp hơn 1 giá trị định sẵn (30km/h), đƣợc gọi là đƣờng thấp nhất của tốc độ xe mà tại đó động cơ đốt trong không hoạt động ổn định, hoặc tiêu thụ nhiên liệu, phát thải cao, chỉ có động cơ điện kéo xe, động cơ đốt trong tắt. Khi đó năng lƣợng của các bộ phận nhƣ sau:
52
Pm= PL
Ppps-d=
Trong đó: PPPS-d: năng lƣợng đƣợc pin phát ra
ηm: hiệu suất của động cơ
Hình 3.2: Mô tả các chế độ hoạt động khác nhau dựa trên công suất yêu cầu
Khi xe hoạt động ở chế độ này trạng thái của các tín hiệu đầu vào gửi tới bộ điều khiển trung tâm gồm có:
- Tín hiệu vị trí tay ga Pin >0, trạng thái nạp ắc quy SOC >50% và tốc độ xe V<30km/h và tín hiệu phanh không có.
53
- Tín hiệu đầu ra gồm: tín hiệu điều khiển ly hợp C2, C3 mở, tín hiệu điều khiển động cơ ở trạng thái OFF và tín hiệu điều khiển mô tơ ở trạng thái ON.
3.2.2. Chế độ hybrid
Khi công suất kéo PL đƣợc sinh ra dƣới sự điều khiển của ngƣời lái xe lớn hơn năng lƣợng mà động cơ có thể sinh ra (đƣợc mô tả nhƣ điểm A trong hình 3.2), cả động cơ đốt trong và động cơ điện phải cung cấp năng lƣợng tới bánh xe chủ động cùng lúc. Trong trƣờng hợp này, hoạt động của động cơ nằm trên đƣờng tối ƣu của nó (điểm a) bằng cách kiểm soát bƣớm ga của động cơ để sinh ra công suất Pe. Nguồn công suất còn lại đƣợc cung cấp bởi động cơ điện. Công suất động cơ điện và năng lƣợng phát ra của pin đƣợc tính nhƣ sau:
Pm= PL - Pe
PPPS-d = Ppps-d =
Khi hoạt động ở chế độ này trạng thái của các tín hiệu đầu vào gửi tới bộ điều khiển trung tâm gồm :
- Tín hiệu vị trí tay ga Pin≥60%, trạng thái nạp ắc quy >50%, vận tốc của xe V>60km/h và tín hiệu phanh không có.
Các tín hiệu đầu ra đƣợc điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm: Các tín hiệu điều khiển ly hợp điện từ C2, C3, động cơ và mô tơ đều ở trạng thái ON.
3.2.3. Chế độ sạc pin
Khi công suất kéo đƣợc lái xe điều khiển PLthấp hơn công suất mà động cơ có thể sinh ra khi hoạt động trên đƣờng tối ƣu của nó và ắc quy chƣa đƣợc sạc đầy (đƣợc mô tả bằng điểm B trên hình 3.2), động cơ hoạt động trên đƣờng tối ƣu của nó sinh ra công suất Pe(điểm b). Trong trƣờng hợp này, động cơ điện đƣợc điều khiển để hoạt động ở chế độ máy phát, chạy bằng phần năng lƣợng còn lại của động cơ. Năng lƣợng các bộ phận nhƣ sau:
54
PPPS-c = Pmηm
Trong đó: ηt,e,m: hiệu suất truyền từ động cơ đến mô tơ
PPPS-c: năng lƣợng pin sạc
Khi hoạt động ở chế độ này trạng thái của các tín hiệu đầu vào gửi tới bộ điều khiển trung tâm gồm :
- Tín hiệu vị trí tay ga Pin≥0, trạng thái nạp ắc quy SOC<50%, tín hiệu phanh không có.
Các tín hiệu đầu ra đƣợc điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm: Tín hiệu điều khiển ly hợp C2, C3 và động cơ đều ở trạng thái ON còn mô tơ hoạt động ở chế độ máy phát.
3.2.4. Chế độ một mình động cơ đốt trong đẩy xe
Khi công suất kéo đƣợc lái xe điều khiển PL thấp hơn năng lƣợng mà động cơ có thể sinh ra khi hoạt động trên đƣờng tối ƣu của nó và pin đã đƣợc sạc đầy (đƣợc mô tả nhƣ điểm B trong hình 3.2). Trong trƣờng hợp này, hệ thống điện tắt và động cơ hoạt động để cung cấp năng lƣợng đáp ứng nhu cầu phụ tải. Đồ thị đƣờng cong công suất của động cơ với một phần tải đƣợc thể hiện bằng nét đứt nhƣ hình 5.2. Các năng lƣợng đƣợc tính nhƣ sau:
Pe= PL Pm= 0
PPPS= 0
Khi hoạt động ở chế độ này trạng thái của các tín hiệu đầu vào gửi tới bộ điều khiển trung tâm gồm :
55
- Tín hiệu vị trí tay ga Pin>0, trạng thái nạp ắc quy SOC≥99%, vận tốc của xe 30km/h<V<60km/h, và tín hiệu phanh không có.
Các tín hiệu đầu ra đƣợc điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm: Các tín hiệu điều khiển ly hợp C2, C3 và động cơ ở trạng thái ON, tín hiệu điều khiển mô tơ ở trạng thái OFF.
3.2.5. Chế độ chỉ sử dụng phanh tái sinh
Khi xe phanh và năng lƣợng phanh là ít hơn so với năng lƣợng phanh tái tạo lớn nhất mà hệ thống điện có thể cung cấp (đƣợc mô tả nhƣ điểm C trên hình 3.2), động cơ điện đƣợc điều khiển chức năng nhƣ một máy phát điện để tạo ra năng lƣợng khi phanh. Trong trƣờng hợp này, động cơ bị tắt hoặc đƣợc thiết lập ở chế độ không tải. Năng lƣợng điện từ máy phát và năng lƣợng sạc cho pin đƣợc tính:
Pmb = PL ηm Ppps-c = Pmb
Khi hoạt động ở chế độ này trạng thái của các tín hiệu đầu vào gửi tới bộ điều khiển trung tâm gồm :
- Tín hiệu vị trí tay ga Pin =0, gia tốc của xe V’ <0 (xe giảm tốc), tín hiệu phanh không có.
Các tín hiệu đầu ra đƣợc điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm: Tín hiệu điều khiển ly hợp C2, C3 ở trạng thái ON, động cơ sẽ hoạt động ở chế độ không tải hoặc không làm việc. Mô tơ sẽ làm việc ở chế độ máy phát
3.2.6. Chế độ phanh hybrid
Khi năng lƣợng phanh cần lớn hơn so với năng lƣợng phanh tái tạo lớn nhất mà hệ thống điện có thể cung cấp (đƣợc mô tả nhƣ điểm D trên hình 3.2), phanh cơ khí phải đƣợc sử dụng. Trong trƣờng hợp này động cơ điện phải đƣợc kiểm soát để có thể sinh ra năng lƣợng phanh tái sinh tối đa và hệ thống phanh cơ khí sẽ thực
56
hiện phần còn lại. Năng lƣợng động cơ điện, năng lƣợng sạc của pin và năng lƣợng phanh cơ khí đƣợc tính nhƣ sau:
Pmb = Pmbmax ηm
Ppps-c = Pmbmf = PL − Pmb
Khi hoạt động ở chế độ này trạng thái của các tín hiệu đầu vào gửi tới bộ điều khiển trung tâm gồm :
- Tín hiệu vị trí tay ga Pin=0, gia tốc của xe V’=0, tín hiệu phanh ở trạng thái ON.
Các tín hiệu đầu ra đƣợc điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm: Các tín hiệu điều khiển ly hợp C2, C3 ở trạng thái ON, động cơ sẽ không làm việc hoặc làm việc ở chế độ không tải, mô tơ điện làm việc ở chế độ máy phát sao cho sinh ra đƣợc năng lƣợng tái sinh là lớn nhất.
Tổng hợp các chế độ làm việc của xe máy Hybrid ta có bảng trạng thái đƣợc trình bày trên bảng 3.1:
57
Nhóm các tín hiệu vào Nhóm các tín hiệu ra
Chế độ hoạt động Vị trí tay ga (Pin) Trạng thái ắc quy Tốc độ xe Tín hiệu phanh Ly hợp C2 Ly hợp C3 Động cơ đốt trong Động Cơ điện Chế độ mô tơ một mình kéo xe
Pin >0 SOC>50% V<30km/h OFF ON ON OFF Làm việc ở chế độ động cơ
Chế độ Hybrid Pin≥80% SOC>50% V>60km/h OFF ON ON ON ON
Chế độ sạc pin Pin ≥ 0 SOHC<50% OFF ON ON ON Hoạt động chế
độ máy phát Chế độ một mình động cơ đẩy xe Pin > 0 SOC ≥ 99% Pin sạc đầy 30 < V < 60km/h OFF ON ON ON OFF Chế độ chỉ sử dụng phanh tái sinh
Pin=0 V’< 0 OFF ON ON OFF hoặc
làm việc chế độ không tải Làm việc ở chế độ máy phát Chế độ phanh hybrid Pin = 0 V’< 0 ON ON ON OFF hoặc làm việc chế độ không tải Làm việc ở chế độ máy phát sinh ra năng lƣợng phanh tối đa Pmbmax
58
KẾT LUẬN
Trong quá trình tìm hiểu về nhu cầu năng lƣợng và ô nhiễm môi trƣờng do phát thải của giao thông đƣờng bộ, đề tài nhận thấy rằng xe máy hybrid là lời giải tối ƣu cho các vấn đề giao thông đƣờng bộ ơ Việt Nam.
Nội dung đề tài đã đi sâu phân tích đặc điểm dòng xe HEVs, các ƣu nhƣợc điểm,… giới thiệu tới ngƣời đọc các phƣơng án truyền động đƣợc có thể đƣợc sử dụng trên xe Hybrid.
Từ nhu cầu, xu hƣớng phát triển xe hybrid trên thế giới đề tài đã làm nổi bật đƣợc xu hƣớng phát triển về xe Hybrid ở Việt Nam, trên cơ sở lựa chọn dòng xe cơ sở là xe đƣợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam đề tài đã nghiên cứu phát triển và xây dựng đƣợc mô hình động lực học của xe
Dựa trên mô hình động lực học đã đƣợc xây dựng, đề tài đã tìm hiểu, nghiên cứu để lựa chọn đƣợc thuật toán điều khiển xe máy Hybrid sao cho tối ƣu nhất nhằm đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện môi trƣờng. Thuật toán điều khiển xe hybrid bao gồm 6 chế độ làm việc:
Chế độ 1: Chế độ mô tơ một mình kéo xe
Chế độ 2: Chế độ Hybrid
Chế độ 3: Chế độ sạc pin
Chế độ 4: Chế độ một mình động cơ đốt trong đẩy xe
Chế độ 5: Chế độ chỉ sử dụng phanh tái sinh
Chế độ 6: Chế độ phanh hybrid
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhƣng vì thời gian có hạn, cũng nhƣ các kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài, em không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong sự chỉ bảo của các thầy trong bộ môn để em hoàn thiện tốt hơn đồ án tốt nghiệp này.
59
Một lần nữa chúng xin chân thành cảm ơn thầy Đàm Hoàng Phúc và các thầy trong bộ môn Ôtô và Xe chuyên dụng - Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giúp chúng em hoàn thành luận văn của mình.
60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tập bài giảng Thiết kế tính toán ô tô, PGS. TS. Nguyễn Trọng Hoan,
2. Lý thuyết ô tô máy kéo, chủ biên GS. TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn, Nxb khoa học và kỹ thuật,
3. Cơ sở thiết kế ô tô, PSG. TS. Nguyễn Khắc Trai, Nxb giao thông vận tải,
4. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, PGS. TS. Trịnh Chất, TS. Lê Văn Uyển, Nxb giáo dục,
5. Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles, Mehrdad Edsami, Yimin Gao, Ali Emadi,
6. Hybrid vehicles and the future of personal transportation, Ellen E.Fuhs, 7. Electric and Hybrid cars, Curtis Anderson, Judy Anderson,
8. Các website tham khảo tài liệu: alibaba.com, made-in-china.com, oto-hui.com, google.com.vn ...