lực phanh lý tưởng.
Nghiên cứu này của nhóm tác giả người Trung Quốc là ZHANG Jing-ming, REN Dian-bo, SONG Bao-yu, CUI Shu-mei, SUN Gang đến từ Viện Công Nghệ Harbin, nghiên cứu về phương pháp phân phối lực phanh tái sinh theo biểu đồ phân phối lực phanh lý tưởng. Tiêu chí của phương pháp này là bánh sau và bánh trước có thể tận dụng tối đa hệ số bám khi xe phanh. Năng lượng phanh tái sinh được thu hồi càng nhiều thì hiệu quả phanh sẽ càng được tăng lên. Bài nghiên cứu trình bày về cấu trúc, thành phần và nguyên tắc của hệ thống phanh tái sinh(hệ thống phanh được áp dụng nghiên cứu trong bài là hệ thống phanh thủy lực điện), sự hoạt động của phương pháp điều khiển sự
106 phân phối lực phanh lý tưởng,quá trình thực hiện của phương pháp điều khiển trên phần mềm ADVISOR và cuối cùng là đưa ra kết quả mô phỏng và phân tích.
1. Cấu trúc,thành phần,nguyên tắc của hệ thống phanh tái sinh.
Cấu trúc hệ thống phanh tái sinh được thể hiện ở hình 3.48. Nó bao gồm bánh chủ động, cầu chủ động, hộp số, motor, bộ chuyển đổi năng lượng điện AC/DC, bộ chuyển đổi năng lượng điện DC/DC, bộ điều khiển cũng như hệ thống lưu trữ năng lượng.
Hình 3.48: Sơ đồ cầu trúc của hệ thống phanh tái sinh. Trong đó : Final drive: Cầu chủ động.
Driving wheel: Bánh chủ động. Battery: Pin.
Sensor:Cảm biến.
DC/DC,AC/DC: Bộ chuyển đổi năng lượng điện.
Regenerative braking controller: Bộ điều khiển phanh tái sinh. Tranmission: Hộp số.
Trong trường hợp xe phanh hoặc bị trượt,lực phanh tổng sẽ được tính toán bởi bộ điều khiển phanh theo mục đích của người tái. Lực phanh tái sinh mà motor cung cấp được tính toán theo phương pháp điều khiển sự phân phối lực phanh. Bộ điều khiển motor sẽ tính toán dòng điện phanh cần thiết và điều khiển motor cung cấp momen phanh tái sinh chính xác nhất bằng dòng điện phanh theo dõi được. Dòng điện phanh sinh ra ở phần ứng điện được chuyển hóa bằng bộ chuyển đổi năng lượng điện AC/DC và bộ chuyển đổi năng lượng điện DC/DC, được tích trữ trong bộ lưu trữ năng lượng.
107
2. Phương pháp điều khiển sự phân phối lực phanh lý tưởng.
Khi bánh trước và bánh sau bị khóa tại cùng thời điểm,điều kiện bám được tận dụng tối đa và sự ổn định phanh được tăng lên. Đó chính là sự phân phối lực phanh lý tưởng cho bánh trước và bánh sau. Trên xe truyền thống, lực phanh không được phân phối theo biểu đồ sự phân phối lực phanh lý tưởng. Nhưng với công nghệ X-by-Wire hiện nay, điều đó sẽ trở nên có thể. Hệ thống phanh thủy lực điện được thể hiện ở hình 3.49 được thực hiện theo sự phân phối lực phanh lý tưởng.
Khi người lái nhấn bàn đạp phanh,cảm biến áp suất sẽ tiếp nhận thông tin lực phanh. Thông tin sẽ được xử lý ở bộ điều khiển và tiếp theo lực phanh của các bánh xe và momen phanh tái sinh của motor sẽ nhận được tín hiệu điều khiển. Bộ điều khiển sẽ gửi lệnh đến bộ chấp hành phanh và bộ điều khiển motor từng bánh xe. Lực phanh thực tế sẽ thay đổi theo lực phanh cần thiết ở một số phương pháp điều khiển. Tại thời điểm này,lỗ 1 và lỗ 3 của van ba nhánh được thông với nhau. Áp suất chất lỏng được tích trữ trong bộ tích năng. Tại cùng thời điểm, người lái bắt đầu cảm nhận được cảm giác chân phanh ở bàn đạp. Khi bộ điều khiển phát hiện ra hư hỏng ở bộ chấp hành phanh ở một số bánh xe, nó sẽ gửi tín hiệu điều khiển để làm cho lỗ 1 và lỗ 2 của van ba nhanh của bánh xe thông với nhau. Bánh xe có thể cũng như vậy nhận được tác động phanh. Độ ổn định của hệ thống phanh vì thế vẫn được đảm bảo.
108
Hình 3.49: Cấu trúc hệ thống phanh thủy lực điện.
109 Sơ đồ phương pháp điều khiển được thể hiện hình 3.50 . Trong sơ đồ,trục nằm ngang là lực phanh tổng của cầu trước và trục thẳng đứng là lực phanh tổng của cầu sau. Khi sự giảm tốc nhỏ thì chỉ có hệ thống phanh tái sinh làm việc và ở xe truyền thống thì phanh động cơ sẽ làm việc. Khi sự giảm tốc tăng lên,lực phanh của cầu trước và cầu sau sẽ được điều khiển theo biểu đồ sự phân phối lực phanh lý tưởng. Lực phanh cầu trước sẽ bằng tổng lực phanh tái sinh và lực phanh cơ khí. Khi hệ thống điều khiển nhận được yêu cầu giảm tốc của người lái, nó sẽ quyết định lực phanh ở cầu chủ động sẽ được cung cấp bởi chỉ hệ thống phanh tái sinh hoặc bởi cả hệ thống phanh cơ khí và hệ thống phanh tái sinh.
3. Quá trình thực hiện của phương pháp điều khiển trên ADVISOR
Khi lực phanh được phân phối theo biểu đồ lý tưởng,lực phanh tổng của bánh trước và bánh sau phù hợp với công thức (3.67). Sự phân phối lực phanh ma sát và lực phanh tái sinh của bánh chủ động thì phù hợp với nguyên tắc: khi lực phanh toàn bộ của bánh chủ động nhỏ hơn lực phanh tái sinh được cung cấp tại thời điểm này, chỉ có lực phanh tái sinh làm việc. Khi lực phanh toàn bộ của bánh chủ động lớn hơn lực phanh tái sinh được cung cấp tại thời điểm này,lực phanh tái sinh làm việc ở mức tối đa và lượng lực phanh còn lại được cung cấp bởi lực phanh ma sát.
𝐹µ2 =1 2[𝐺
ℎ𝑔√𝑏2+4ℎ𝑔𝐿
𝐺 𝐹µ2− (𝐺𝑏
110 Yes
No
Hình 3.51: Thuật toán điều khiển của phương pháp điều khiển phanh lý tưởng.
Thuật toán điều khiển được thể hiện ở Hình 3.51. Đầu vào là lực phanh tổng và momen phanh tái sinh tối đa. Lực phanh tổng được kiểm tra bằng cảm biến của lực bàn đạp phanh. Momen phanh tái sinh tối đa của motor có được bằng cách tìm kiếm trên biểu đồ đặc tính motor và tín hiệu tốc độ quay. Đầu ra là lực phanh tái sinh của bánh trước,lực phanh ma sát của bánh trước và lực phanh ma sát của bánh sau. Ba đầu ra được chuyển riêng đến bộ điều khiển motor, điều chỉnh lực phanh ma sát của bánh trước và điều chỉnh lực phanh ma sát của bánh sau.
Lực phanh tổng
Tính toán lực phanh lý tưởng của bánh trước và bánh sau
Momen phanh tối đa của motor
Momen phanh tối đa từ motor đến bánh xe
Lực phanh tái sinh=Lực phanh tái sinh tối đa
Lực phanh ma sát=Lực phanh của bánh trước-Lực phanh tái sinh >Lực phanh
tái sinh tối đa
Lực phanh tái sinh=Lực lái của bánh trước
Lực phanh ma sát của bánh trước=0
Lực phanh ma sát của bánh sau
Lực phanh tái sinh của bánh trước
Lực phanh ma sát của bánh trước
111 Để nghiên cứu về tính hiệu quả của phương pháp điều khiển lý tưởng của hệ thống phanh tái sinh, mô hình mô phỏng được thiết lập trên phần mềm ADVISOR và gắn vào trong mô hình saturn SL1. Mô phỏng đã thông qua chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành. Cuối cùng, sự phân phối lực phanh và hiệu quả phục hồi năng lượng đã đạt được.
4. Kết quả mô phỏng và phân tích.
Thông số mô phỏng được thể hiện ở Bảng 3.6.
Bảng 3.6: Thông số mô phỏng.
Thông số thân xe
Khối lượng (kg) 1390
Chiều dài cơ sở(m) 2.6
Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước(m) 1.56 Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau(m) 1.14
Chiều cao trọng tâm(m) 0.5
Hệ số kéo 0.335
Diện tích tiếp xúc gió(m2) 2
Bán kính bánh xe(m) 0.282
Thông số motor
Loại motor Motor nam châm vĩnh cửu 49kw của Honda
Công suất tối đa(W) 4.9x104
Dòng điện tối đa(A) 400
Thông số
động cơ Dung tích xi-lanh(L) Loại động cơ Động cơ Geo metro 1.0L SI 1.0 Công suất tối đa(W) 4.1x104/5700r
Momen tối đa(N.m) 81/3477r
Loại pin Pin xe điện lai ovonic 45Ah NiMH Dụng cụ lưu trữ năng lượng Định mực dung lượng(A.h) 45 Định mức năng lượng(W.h) 598
Công suất tối đa 3.3x103
Thông số khác
Tỷ số truyền 13.450 7.570 5.010 3.770 2.837
Công suất trang bị điện(W) 700
Lực phanh ma sát của bánh trước bằng 0 ở chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành. Sự phân phối giữa lực phanh tái sinh của bánh trước và lực phanh ma sát của bánh sau được thể hiện ở Hình 3.52.
112 Sự phân phối momen giữa motor và động cơ ở chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành được thể hiện ở Hình 3.53. Trong giới hạn cho phép của trạng thái sạc, xe thử nghiệm tắt động cơ và chỉ có motor vận hành để di chuyển xe. Điều này sẽ giảm thiểu khí xả trong khu vực nội thành và giảm ô nhiễm môi trường. Trong quá trình phanh, momen phanh tái sinh xuất hiện như là bước tiếp theo. Đây là kết quả của kế hoạch cụ thể của sự thay đổi bánh răng .
Hình 3.52: Kết quả mô phỏng của sự phân phối lực phanh với phương pháp điều khiển
113
Hình 3.53: Momen đầu ra của motor và động cơ với phương pháp điều khiển phanh lý
tưởng dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành.
Hình 3.54 thể hiện tình trạng của dòng điện và trạng thái sạc của pin. Giá trị trạng thái sạc của pin tăng lên trong suốt quá trình phanh. Dòng điện của pin khác nhau bởi sự thay đổi lực phanh. Dòng điện chỉ lớn khi lực phanh lớn và dòng điện chỉ nhỏ khi lực phanh nhỏ.
Hình 3.55 thể hiện năng lượng phanh của thân xe và năng lượng được phục hồi với phương pháp điều khiển sự phân phối lực phanh lý tưởng.
114
Hình 3.54: Dòng điện và trạng thái sạc của pin với phương pháp điều khiển phanh lý
115
Hình 3.55:Năng lượng được phục hồi với phương pháp điều khiển phanh lý tưởng.
Bảng 3.7 cho biết năng lượng phanh tổng được phục hồi và hiệu quả phục hồi dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành với phương pháp điều khiển lý tưởng. Hiệu quả phục hồi năng lượng với phương pháp điều khiển lý tưởng là 53.86% và hiệu suất phục hồi năng lượng có ích là 18.1 %.
Bảng 3.7: Hiệu quả phục hồi năng lượng dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành với
phương pháp điều khiển lý tưởng. Năng lượng
phanh tổng(J) Năng lượng tiêu tốn của xe(J) Tổng năng lượng được phục hồi(J) Hiệu quả phục hồi năng lượng(%) Hiệu suất phục hồi năng lượng có ích (%)
Phanh lý tưởng 150490 448010 81051 53.86 18.1
Tóm lại
Phương pháp điều khiển phanh tái sinh lý tưởng được đề xuất nghiên cứu. Mô hình mô phỏng được thiết lập trong phần mềm ADVISOR và gắn vào mô hình xe. Mô phỏng được hoàn thành dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành . Kết quả cho thấy sự phân
116 phối lực phanh tối ưu đã đạt được với phương pháp điều khiển lý tưởng. Và hệ số bám được tận dụng tối đa . Sự ổn định phanh tối ưu cho thấy rõ điều đó. Năng lượng phanh tái sinh được phục hồi nhiều hơn. Vì thế tính kinh tế nhiên liệu được cải thiện.