Hình 4.24: Cụm chu trình và khối điều khiển PID.
Chu trình chạy thử là chu trình tăng tốc giảm tốc trong một lượng thời gian nhất định trong thành phố hay đô thị để đánh giá khả năng di chuyển linh hoạt của một chiếc xe được thử nghiệm.
Ý nghĩa của nó giúp ta có thể đánh giá được khả năng tăng tốc giảm tốc của chiếc xe xem có bám được theo chu trình hay không nếu bám được theo chu trình thì đạt yêu cầu ngược lại thì ta cần tính toán và thiết kế lại chiếc xe.
Ở đây đại diện cho khối chu trình là khối Drive Cycle Source có sẵn trong phần mô phỏng của Simulink trong matlab và ta có thể sử dụng khối này để tạo ra chu trình cho việc mô phỏng.
Ở phần mô phỏng cho chiếc xe này thì sử dụng ba chu trình đó là NEDC, ECE R15 và JAPANESE 10-15 MODE.
63
Để điểu khiển xe tăng tốc giảm tốc theo chu trình thì ta cần một khối điều khiển đó là khối PID khối này có chức năng tính toán dựa vào việc so sánh tốc độ mong muốn đầu vào của chu trình và tốc độ thực tế của xe để điều khiển ga và phanh của người lái.
Hình 4.25: Mô hình toán khối PID.
Công thức khai triển hàm sai số: [7] P = KP∗ e(t)
I = Ki ∗ ∫ e ∗ dt
Trong đó: KP là độ lợi tỉ lệ. Ki là độ lợi tích phân. e là sai số tốc độ.
64
Ta có thể điều chỉnh KP và Ki sao cho hợp lý để vận tốc có để bám theo chu trình và đầu ra của nó giá trị để điều khiển ga hay phanh như hình bên dưới.
Hình 4.26: Mô hình điểu khiển ga và phanh. 4.5.2.2. Cụm tra thông số động cơ.
Hình 4.27: Cụm tra thông số động cơ.
Cụm vẫn sử dụng bảng tra Lookup Table (Speed – Torque) đại diện cho mô tơ. Khối bộ nhớ lược bỏ, giá trị sẽ được lưu và xử lý độ mở tay ga tại khối PID Controller. Giá trị công suất điện tiêu thụ vẫn được tính bằng các thông số đo được từ các cảm biến.
65
4.5.2.3. Cụm thân xe và bánh xe.
Hình 4.28: Cụm thân xe và bánh xe.
Cụm thân xe và bánh xe mô phỏng theo chu trình được kết nối thêm đĩa phanh tại các bánh xe. Giá trị và tín hiệu phanh được nhận từ chân P của khối Disc Brake.
4.5.2.4. Cụm hệ thống truyền lực.
Hình 4.29: Cụm hệ thống truyền lực.
66
4.5.2.5. Tổng quát mô hình.
Hình 4.30: Mô hình tổng quát.
Nguyên lý hoạt động:
Từ vận tốc của chu trình, khối điều khiển ( PID Controller) cho xuất giá trị độ mở tay ga nhân với moment từ bảng tra với tốc độ tương ứng tạo ra giá trị moment truyền đến thân xe sinh ra vận tốc. Tới giá trị vận tốc xe vượt quá vận tốc trong chu trình khối điều khiển cho xuất tín hiệu phanh. Như vậy, để đáp ứng chạy theo vận tốc trong chu trình khối điều khiển luôn so sánh vận tốc xe và vận tốc trong chu trình để điều chỉnh tay ga và phanh sao cho phù hợp.
67 Thời gian (s)
4.6. Kết quả mô phỏng.
4.6.1. Kết quả trong các điều kiện khác nhau.
Trường hợp 1 người trên xe, khối lượng m =165 kg, góc dốc β=0, tốc độ gió w=0, 100% tay ga chạy trong 7 giây và 120 giây. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đồ thị tăng tốc trong 7 giây và tốc độ cực đại 120 giây.
Tăng tốc trong 7 giây.
Hình 4.31: Đồ thị tăng tốc trong 7 giây.
Mô phỏng xe tăng tốc trong 7 giây đạt vận tốc tại giây thứ là 48,51 km/h so với yêu cầu đặt ra là 50 km/h. Do tính toán tối ưu cho bộ truyền xích chọn tỉ số truyền bằng 6 và hiệu suất do bộ truyền xích nên yêu cầu đặt ra không đạt.
Để vận tốc đạt 50 km/h mất khoảng 7,3 giây. Vậy thời gian tăng tốc đạt 50 km/h thay đổi không đáng kể với tiêu chí đặt ra.
V ận tố c (k m /h)
68 Thời gian (s)
Tốc độ cực đại mô phỏng trong 120 giây.
Hình 4.32: Đồ thị tốc độ cực đại mô phỏng trong 120 giây khi 1 người trên xe.
Vận tốc cực đại đạt được là khoảng 79 km/h. Thời gian đạt vận tốc cực đại vào khoảng 20 giây.
Từ giây 0 tới giây thứ 20 là khoảng tăng số vòng quay của mô tơ, từ giây 20 trở đi thì công suất đạt cực đại số vòng quay cực đại nên vận tốc giữa nguyên không tăng lên nữa.
V ận tố c (k m /h)
69 Thời gian (s)
- Đồ thị công suất mô tơ mô phỏng trong 120 giây.
Hình 4.33: Đồ thị công suất mô tơ mô phỏng trong 120 giây, 1 người trên xe.
Công suất mô tơ được tính dễ dàng nhờ các cảm biến trong mô hình Simulink. Đồ thị cho thấy công suất mô tơ thay đổi trong các thời gian khác nhau.
Từ 0 đến 20 giây là khoảng thời gian tăng tốc nên công suất mô tơ tăng cao để đáp ứng cho việc tăng tốc, từ giây 20 trở đi khi công suất đạt cực đại thì nó bắt đầu giảm xuống và giữ ở một giá trị khoảng 2500W.
C ông su ất ( W )
70 Thời gian (s)
- Đồ thị công suất điện tiêu thụ mô phỏng trong 120 giây
Hình 4.34: Đồ thị công suất điện tiêu thụ mô phỏng trong 120 giây, 1 người trên xe.
Đồ thị cho thấy công suất điện năng tiêu thụ của mô tơ ở các giai đoạn khác nhau. Mô tơ tiêu tốn nhiều điện năng ở giai đoạn tăng tốc, vì ở giai đoạn này hiệu suất tại tốc độ khá thấp. Khi đạt tốc độ cực đại vào khoảng giây thứ 20, mô tơ tiêu tốn ít điện năng .
Trường hợp 1 người trên xe, khối lượng m =165 kg, góc dốc β=𝟓, 𝟕𝟏𝐨, tốc độ gió w=0, 100% tay ga chạy trong 30 giây.
Lúc xe chạy lên dốc ổn định với vận tốc nhỏ chúng ta có thể bỏ qua lực cản gió và lực cản quán tính. Tổng lực cản tác dụng lên xe lúc này bao gồm 2 thành phần chính là lực cản lăn và lực cản dốc. Tuy nhiên giá trị 2 lực cản này đều phụ thuộc và góc dốc α. Theo QCXDVN 05: 2008/BXD , quy định độ dốc lớn nhất của đường không được quá 1:12 đối với công trình công cộng và 1:10 đối với nhà chung cư; tương đương α ≤ 4,760 đối với công trình công cộng và α ≤ 5,710 đối với đường dốc nhà chung cư. Ta chọn độ dốc lớn nhất để tính toán là: α = 5,710
C ông su ất ( W )
71 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Hình 4.35: Đồ thị thể hiện tốc độ xe leo dốc trong 30 giây, 1 người trên xe.
Theo đồ thị, khả năng leo dốc của xe đạt yêu cầu. trong 5 giây đầu đạt vận tốc khoảng 24km/h sau đó tăng dần lên khoảng 57 km/h.
Hình 4.36: Đồ thị leo dốc cực đại trong 30 giây, 1 người trên xe. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
V ận tố c( k m /h) V ận tố c( k m /h)
72 Thời gian (s)
Trường hợp 2 người trên xe, khối lượng m = 230 kg, góc dốc β=0, tốc độ gió w=0, 100% tay ga chạy trong 120 giây.
Đồ thị tốc độ cực đại 120 giây.
Hình 4.37: Đồ thị tốc độ cực đại 120 giây, 2 người trên xe.
Từ giây thứ 0 đên khoảng giây thứ 35 là khoảng tăng tốc của xe để đạt tới giá trị cực đại, từ giây thứ 35 trở đi thì vận tốc đạt cực đại và được giữ ở giá trị không đổi khoảng 78.9 km/h.
Trường hợp 2 người trên xe, khối lượng m = 230kg, góc dốc β=𝟓. 𝟕𝟏𝐨, tốc độ gió w=0, 100% tay ga chạy trong 30 giây.
V ận tố c( k m /h)
73 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Hình 4.38: Đồ thị thể hiện tốc độ xe leo dốc trong 30 giây, 2 người trên xe.
Xe vẫn có thỏa mãn khả năng leo dốc khi khối lượng toàn bộ trên xe là 230 kg. Khả năng tăng tốc khi leo dốc chậm hơn một người trong 5 giây đầu tăng lên khoảng 12km/h sau đó tăng tốc lên khoảng 45km/h trong giây thứ 30.
Hình 4.39: Đồ thị leo dốc cực đại trong 30 giây, 2 người trên xe.
V ận tố c( k m /h) V ận tố c( k m /h)
74 Thời gian (s)
Thời gian (s)
4.6.2. Chạy theo các chu trình thử nghiệm xe.
- Đồ thị tốc độ xe so với chu trình.
Chu trình Japanese 10-15 Mode.
Hình 4.40: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình Japanese 10-15 Mode.
Chu trình Japanese 10-15 Mode gồm nhiều giai đoạn tốc độ thay đổi khác nhau. Xe hoạt động khá tốt trong chu trình chạy thử này. Chu trình gồm những giai đoạn tăng tốc, giữ tốc độ ổn định và giảm tốc. Vận tốc cực đại của chu trình là 19.44m/s (70km/h), thỏa mãn giới hạn tốc độ của xe.
Hình 4.41: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình Japanese 10-15 Mode.
V ận tố c( k m /h) V ận tố c( k m /h)
75 Thời gian (s)
Vận tốc của xe luôn bám theo chu trình. Tuy nhiên, một số điểm vận tốc của có độ trễ so với vận tốc của chu trình. Độ trễ này là do độ trễ của bộ điều khiển khi so sánh vận tốc của xe và vận tốc chu trình, sau đó mới điều khiển ga và phanh. Xét thấy trên đồ thị độ trễ là rất nhỏ không đáng kể, nên xe vận hành khá tốt trong chu trình này.
Chu trình ECE R15 (Single Cycle).
Hình 4.42: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình ECE R15 (Single Cycle).
Với chu trình ECE R15 (Single Cycle) , việc tăng giảm tốc độ khá đơn giản. Vận tốc cực đại là 13.89m/s (50km/h), tương đối phù hợp với vận tốc sử dụng ở điều kiện giao thông ở Việt Nam.
Tốc độ của xe bám theo chu trình.
V ận tố c( m /s ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
76 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Hình 4.43: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình ECE R15 (Single Cycle).
Đường tốc độ xe bám tốt theo đường tốc độ của chu trình. Các độ trễ hầu như không đáng kể.
Chu trình NEDC.
Hình 4.44: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC.
Chu trình NEDC có các tốc độ khác nhau theo các giai đoạn khác nhau. Đặc biệt chu trình có tốc độ cực đại là 33.3m/s (120km/h) khá cao và có nhiều giai đoạn giữ vận tốc trong khoảng thời gian ngắn.
Tốc độ của xe bám theo chu trình.
V ận tố c( m /s ) V ận tố c( m /s )
77 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Hình 4.45: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC.
Hình 4.46: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC.
Giai đoạn tăng tốc và có giữ tốc ở một số khoảng thời gian ngắn. Vận tốc của xe vẫn bám sát vận tốc của chu trình. V ận tố c( m /s ) V ận tố c( m /s )
78 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Hình 4.47: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC.
Tốc độ của chu trình lớn hơn tốc độ cực đại của xe. Giai đoạn này, tốc độ của xe là cực đại và không đáp ứng được tốc của chu trình.
- Đồ thị công suất mô tơ.
Chu trình Japanese 10-15 Mode.
Hình 4.48: Đồ thị công suất mô tơ chạy theo chu trình Japanese 10-15 Mode.
V ận tố c( m /s ) C ông su ất ( W )
79 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Chu trình ECE R15 (Single Cycle).
Hình 4.49: Đồ thị công suất mô tơ chạy theo chu trình CEC R15 (Single Cycle).
Chu trình NEDC.
Hình 4.50: Đồ thị công suất mô tơ chạy theo chu trình NEDC.
Các đồ thị cho thấy rõ rãng về công suất của mô tơ hoạt động trong các chu trình. Qua đây, đánh giá được công suất cần thiết ở các điều kiện hoạt động khác nhau thông qua các chu trình thử nghiệm.
C ông su ất ( W ) C ông su ất ( W ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
80 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Những thời điểm tăng giảm công suất của mô tơ trên đồ thị ứng với những thời điểm tăng ga, giảm ga của xe.
- Đồ thị công suất điện tiêu thụ.
Chu trình Japanese 10-15 Mode.
Hình 4.51: Đồ thị công suất điện tiêu thụ chạy trong chu trình Japanese 10-15
Mode.
Chu trình ECE R15 (Single Cycle).
Hình 4.52: Đồ thị công suất điện tiêu thụ chạy trong chu trình ECE R15
(Single Cycle). C ông su ất ( W ) C ông su ất ( W )
81 Thời gian (s)
Thời gian (s)
Chu trình NEDC.
Hình 4.53: Đồ thị công suất điện tiêu thụ chạy trong chu trình NEDC.
Bằng các phép tính trong Simulink công suất điện năng tiêu thụ của mô tơ được tính chính xác theo công suất mô tơ và hiệu suất tại tốc độ tương ứng. Điều này giúp việc tính toán chọn nguồn năng lượng cho xe dễ dàng hơn.
Những thời điểm tăng giảm công suất điện tiêu thụ trên đồ thị ứng với những thời điểm tăng ga, giảm ga của xe.
C ông su ất ( W )
82 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
5.1. Kết luận
Sau khi tính toán thiết kế nguồn động lực và hệ thống truyền lực cho mô tô điện, những tiêu chí đặt ra như: khả năng tăng tốc, leo dốc, thiết kế hệ thống truyền lực mang tính thể thao, tốc độ cực đại đạt được cao, khả năng đáp ứng các chu trình chạy thử,… đều thỏa mãn.
Mô phỏng hoạt động của xe gần đúng nhất so với thực tế về khối lượng, trọng tâm, hệ thống truyền lực, ma sát trong các hệ thống, quán tính quay, đặc tính của mô tơ như nhà sản xuất đã thực nghiệm,…
Làm nền tảng, cơ sở lý thuyết để thực hiện sản xuất một chiếc mô tô điện mạnh mẽ, chính xác theo đúng các tiêu chí đặt ra.
5.2. Hướng phát triển
Thay vì sử dụng bộ truyền xích với tỉ số truyền không đổi là 6 thì ta sẽ thiết kế hệ thống truyền lực với nhiều tay số khác nhau để vừa có thể dễ dàng đạt được vận tốc cực đại, khả năng leo dốc, thực hiện theo chu trình chạy thử đồng thời thỏa mãn được sự êm dịu mượt mà khi hoạt động trong các điều kiên khác nhau.
Sử dụng pin lithium thay vì ghép nối tiếp các accu chì-axit giúp tổng khối lượng của xe giảm xuống đồng thời pin sạc sử dụng kim loại lithium như một điện cực có khả năng cung cấp điện áp cao và công suất tuyệt vời, tạo ra mật độ năng lượng lớn hơn nhiều so với loại chì – axit.
83 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đặng Quý, Giáo trình ô tô 1 (Lý thuyết ô tô),2010.
[2] Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Tuấn Anh, Thiết kế mẫu xe máy 2 bánh Hybrid
dựa trên xe nền Honda Wave S 110.
[3] Trịnh Chất và Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập một). [4] Vittore Cossalter, Motorcycle Dynamics,2006. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[5] L. L. Faulkner, Standard Hanbook of chain.
[6] https://www.goldenmotor.com/hubmotors/hubmotor-imgs/HPM3000- 48V3KW%20Data.pdf
[7]https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BB%99_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E 1%BB%83n_PID?fbclid=IwAR13tGqlbqet8sWhQqB2u2n2NlgZVFVSBBp92Q7U ceXovpCXFCWjc9RSf9E
84 PHỤ LỤC
85 Chương trình Matlab tính công suất mô tơ
86 Chương trình Matlab tỉ số truyền của hệ thống truyền lực.