CHƯƠN G2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XE HYBRID
2.2.2 Cách điều khiển
❖ Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển hoạt động nhờ vào bộ điều khiển (VCU). Khi đó, VCU
sẽ nhận lệnh kéo hoặc phanh từ người lái thông qua bàn đạp ga hoặc bàn đạp phanh. Ngoài ra, các thông tin hoạt động cần thiết khác từ khác cảm biến chẳng hạn như mức sạc (SOC) của ắc quy (PPS) và tốc độ xe cũng được gửi đến VCU. Dựa trên các thiết lập có sẵn trên VCU và các thông tin thời gian thực nhận được như trên, VCU sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển để điều khiển động cơ, động cơ / máy phát điện, động cơ kéo, cũng như bộ ly hợp và các khóa để điều khiển hệ thống truyền động một cách thích hợp nhất.
❖ Phương pháp kiểm soát tốc độ động cơ
Dễ thấy rằng, tốc độ động cơ có thể được kiểm soát thông qua việc điều
khiển tốc độ motor/ máy phát (nm/g) ở một tốc độ tại bánh xe chủ động (ndw). Quá
trình kiểm soát sẽ được thực hiện thông qua việc điều khiển góc mở bướm ga và momen xoắn của motor/máy phát.
Trang 37
Hình 2.22 Đồ thị moment và số vòng quay động cơ
Theo như hình, giả sử động cơ đang hoạt động tại điểm a với tốc độ ne,a,
momen xoắn Te,1 với góc mở bướm ga 60%. Lúc này motor/máy phát sẽ tạo
momen xoắn Tm/g,1=Te,1/kys (trong điều kiện bỏ qua tổn hao năng lượng) để cân
bằng momen xoắn của động cơ. Khi ta cố định momen của motor/ máy phát, do đó sẽ cố định momen động cơ, ta tăng góc mở bướm ga sẽ làm tốc độ động cơ tăng lên. Ví dụ như ở điểm b với góc mở bướm ga 70%. Do vậy, tốc độ động cơ có thể được kiểm soát trong phạm vi tối ưu bằng cách điều khiển bướm ga hoặc điểm khiển moment motor/máy phát.
❖ Phương pháp kiểm soát moment
Moment tại bánh xe chủ động là tổng của các moment được truyền từ bánh
răng bao của bộ bánh răng hành tinh và motor kéo được thể hiện qua công thức: Ttdw = irwηrwTr + imwηmwTm
Trang 38
Trong đó: Ttdw là tổng moment tại bánh xe chủ động; Tr là momen đầu ra tại
bánh răng bao của bộ bánh răng hành tinh với đầu vào là động cơ và motor, máy
phát; irw, ηrw lần lượt là tỉ số truyền , hiệu suất truyền từ bánh răng bao đến bánh xe
chủ động; Tm là momen của motor kéo, imw, ηmw lần lượt là tỉ số truyền và hiệu suất
truyền từ motor kéo đến bánh xe chủ động.
Tổng momen tại bánh xe chủ động (Ttdw) sẽ được điều khiển bởi người lái
thông qua bàn đạp ga và lệnh điều khiển sẽ được đáp ứng bằng moment đầu ra từ
bánh răng bao (Tr) và motor kéo (Tm).
Hình dưới đây thể hiện kết quả mô phỏng của một hệ thống truyền động với
bướm ga mở hoàn toàn và momen xoắn motor cực đại ứng với số vòng quay của nó.
Theo mô phỏng, ứng với tốc độ xe thấp thì động cơ sẽ hoạt động với tốc độ
không đổi (chẳng hạn: 1200 vòng/phút) và motor/máy phát sẽ hoạt động với tốc độ dương. Khi tốc độ xe trung bình, motor/ máy phát sẽ bị khóa với sườn xe, khi đó tốc độ xe sẽ tăng tuyến tính với tốc độ động cơ. Khi xe ở tốc độ cao, động cơ một lần nữa hoạt động ở tốc độ không đổi (chẳng hạn: 3500 vòng/phút), motor/máy phát lúc này sẽ hoạt động ở tốc độ âm (quay ngược hướng với động cơ).
Tương tự như kiểu truyền động nối tiếp và song song, momen xoắn cực đại
trên xe lai kiểu hỗn hợp sẽ tương ứng với vị trí bàn đạp ga lớn nhất, góc mở bướm ga lớn nhất, công suất motor kéo lớn nhất. Mặt khác, khi xe chỉ yêu cầu một phần tải thì cả động cơ và motor kéo đều phải giảm moment của chúng để đáp ứng được moment kéo yêu cầu. Vì thế, một chiến lược kiểm soát moment là cần thiết để phân bố đúng tải trọng công suất yêu cầu, tránh tổn hao năng lượng k cần thiết.
Trang 40
Hình 2.23 Mối liên hệ giữa vận tốc moment
❖ Chiến lược điều khiển hệ thống truyền động
Trên xe lai kiểu hỗn hợp, tốc độ động cơ và mô men xoắn có thể được tách
riêng hoàn toàn khi truyền đến bánh xe thông qua khớp nối tốc độ và khớp nối mômen.Vì thế kiểu hệ thống truyền động này mang tính tính linh hoạt hơn hệ thống truyền động song song trong việc lựa chọn các chế độ hoạt động. Do vậy, hệ thống truyền động trên sẽ mang tính tiềm năng hơn trong việc cải thiện hiệu quả hoạt động với một hiệu suất cao. Tuy nhiên, công việc đó sẽ phụ thuộc rất nhiều vào sự điều khiển hệ thống. Sẽ có nhiều chiến lược kiểm soát do có nhiều chế độ hoạt động. Tuy vậy, các mục tiêu kiểm soát cũng giống như trong hệ thống truyền động nối tiếp và song song, đó là phải mang tính kinh tế nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, phải đáp ứng được yêu cầu moment từ người lái (Kéo và phanh) và (luôn luôn duy trì SOC của PPS ở mức hợp lý, ví dụ, khoảng 70% và không bao giờ thấp hơn 30%).
❖ Chiến lược kiểm soát tốc độ động cơ
Tốc độ xe sẽ được chia thành 3 vùng tốc độ: thấp, trung bình, cao. Ngăn
cách giữa vùng thấp và trung bình là giá trị VL, VH sẽ ngăn cách vùng tốc độ trung
bình và cao.
Khi xe có tốc độ thấp hơn giá trị VL thì chế độ ghép nối tốc độ sẽ được sử
dụng để tránh tốc độ động cơ quá thấp. Giá trị VL được xác định bởi tốc độ động cơ
Trang 41