Luận văn khảo sát theo 2 cách thức tăng tốc phổ biến. Một là, ngƣời lái tăng tốc từ từ, tăng dần đến hết tay ga (Ramp). Hai là, ngƣời lái tăng tốc vặn tay ga đột ngột tới khi hết tay ga (Step). Hai cách tăng tốc này đƣợc khảo sát theo dữ liệu Bảng 3.5 và Hình 3.21 dƣới đây. Motor control Motor model Battery model Vehicle model Pin Trq T ω toa DOC/SOC/ V/taq/ V v/ ω/a
54
a b Hình 3.21. Cách thức tăng tốc
Bảng 3.5. Bảng thông số khảo sát cách thức tăng tốc
Đầu vào
Step 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Ramp (tram)s 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Điều kiện dừng v = 40 (km/h)
55
a. Khảo sát theo phƣơng án (a) tay ga dạng “Ramp”
Hình 3.22. Đồ thị khảo sát tay ga dạng “Ramp”
Nhìn vào đồ thị ta thấy, khi ngƣời lái vặn đều tay ga càng nhanh, khi đó mơ men của xe sẽ tăng dần đến một giá trị cực đại giữ mơ men đó một khoảng thời gian sau đó mơ men sẽ giảm dần , gia tốc cũng vậy lúc đầu thì tăng từ từ sau đó nó cũng tăng đến một giá trị cực đại giống nhƣ đƣờng mơ men tại đó gia tốc sẽ giữ một khoảng thời gian không đổi nhƣ trên phần bằng giá trị lớn nhất của gia tốc sau đó gia tốc sẽ giảm dần.
Nhìn vào đồ thị SOC ta thấy với thời gian thay đổi nhƣng điện lƣợng tiêu thụ gần nhƣ không thay đổi.
56
b. Khảo sát theo phƣơng án (b) tay ga dạng “Step”
Hình 3.23. Đồ thị khảo sát tay ga dạng “Step”
Nhìn trên đồ thị khi tay ga ở vị trí càng lớn thì xe đạt vận tốc yêu cầu càng nhanh và gia tốc ban đầu cũng đạt đến giá trị cực đại, điện lƣợng tiêu thụ càng ít.
57
Do vậy để đánh giá đƣợc hiệu quả của hai cách thức tăng tốc, tác giả đề xuất đánh giá qua thời gian tăng tốc của ắc quy và điện lƣợng còn lại của ắc quy SOC. SOC đƣợc xác định tại thời điểm kết thúc quá trình tăng tốc. Đồ thị dƣới đây mô tả mối liên hệ giữa thời gian tăng tốc và SOC.
Hình 3.24. Đồ thị liên hệ giữa thời gian tăng tốc và trạng thái điện lƣợng SOC
Từ đồ thị ta rất dễ nhận ra, với cùng một giá trị thời gian , điện lƣợng tiêu thụ ở hai cách thức tăng tốc là khác nhau. Nếu ngƣời lái cần tăng tốc nhanh thì vặn ga đột ngột 100% là tốt nhất.Tăng 100% là tốt hơn. Nếu muốn tăng tốc chậm thì ngƣời lái nên vặn tay ga từ từ đến 100%. Các thơng số này có thể là thơng tin hỗ trợ các nghiên cứu về bộ phận điều khiển động cơ trên xe điện.
S
OC
58
3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng vận tốc tới khả năng làm việc của xe
Mơ hình chuyển đổi tín hiệu vận tốc, gia tốc mong muốn thành tín hiệu vị trí tay ga. Bằng việc ứng dụng bộ điều khiển PID trong Matlab-Simulink, ta xây dựng đƣợc mơ hình nhƣ Hình 3.25.
Hình 3.25. Mơ hình ngƣới lái
Mơ hình khảo sát ảnh hƣởng của vận tốc, gia tốc tới khả năng làm việc của xe đƣợc mơ tả trên Hình 3.26.
Hình 3.26. Mơ hình khảo sát vận tốc, gia tốc tới khả năng làm việc của xe
Motor control Motor model Battery model Vehicle model Pin Trq T ω toa DOC/SOC/ V/taq/ V v/ ω/a Driver model vrq vr
59
Các thông số và điều kiện khảo sát đƣợc mô tả trong Bảng 3.3 và Hình 2.26 dƣới đây. Bảng 3.6. Bảng thông số khảo sát vận tốc Khảo sát vận tốc Đầu vào v (km/h) 2 5 10 15 20 25 30 35 39 ta (s) 1.026 2.564 5.128 7.692 10.256 12.821 15.385 17.949 20 a (m/s2) 0.542
Điều kiện dừng DOC = 0.5
60
a. Khảo sát đặc tính làm việc của xe tại các vận tốc khác nhau
Hình 3.28. Đồ thị đặc tính làm việc của xe tại các vận tốc khác nhau
Nhìn vào đồ thị khảo sát sự vận hành của xe trong các vùng vận tốc khác nhau, từ 5km/h tới 39km/h với gia tốc không đổi 0.542 m/s2. Khi vận tốc tăng, dòng điện động cơ điện cũng tăng dần và bắt đầu đạt cực đại Imax = 123(A). Mô men chủ động tại bánh xe đạt cực đại T= 160Nm ngay khi vận hành và giảm dần khi xe đạt tốc độ 25km/h, tại vị trí xe đạt vận tốc 25km/h với thời gian khoảng 14 giây, tại thời điểm đó khi mà vận tốc tiếp tục tăng đên vận tơc 33km/h nhìn vào đồ thị ta thấy có sự thay đổi về : gia tốc và mô men của xe sẽ giảm theo đƣờng hypebol, cƣờng độ dịng điện cực đại khơng đổi .
61
b. Khảo sát mối liên hệ giữa quãng đƣờng chuyển động và vận tốc
Trong cùng một cách thức tăng tốc, cùng giá trị gia tốc, ta khảo sát đƣợc các giá trị theo Bảng 3.7 và Hình 3.29.
Bảng 3.7. Bảng giá trị vận tốc và quãng đƣờng
v (km/h) 2 5 10 15 20 25 30 35 39
S (km) 50 89.2 108.4 111.6 108.8 99.9 88.3 76.6 66.35
Hình 3.29. Đồ thị liên hệ giữa vận tốc và quãng đƣờng
Nhìn vào đồ thị ta thấy đƣợc: Nếu vận tốc nhỏ thì quãng đƣờng xe đi đƣợc cũng
nhỏ. Nêu vận tốc tăng dần thì quãng đƣờng cũng tăng dần .Tuy nhiên khi vận tốc tăng trên 20 km/h thi quãng đƣờng sẽ giảm nhanh nhƣ vậy
Vùng vận tốc tối ƣu trong khoảng 10 – 20km/h; khi đó xe di chuyển đƣợc quãng đƣờng tối đa 112 km.
Khi xe chuyển động 40km/h, quãng đƣờng tối đa xe đi đƣợc cũng giảm nhanh chóng, chỉ cịn khoảng 67km cho một lần sạc. Khi vận tốc lớn hơn 20 km/h thì dịng điện ln ln cục đại suy ra Dung lƣợng của ắc quy sẽ giảm khi đó nhiệt độ ắc quy tăng nên.Vì vậy mà hiệu suất năng lƣợng của ắc quy cho nên quãng đƣờng xe đi đƣợc sẽ ngắn lại.
Tại vùng vận tốc nhỏ hơn 5km/h, thời gian sử dụng là rất dài nên hiện tƣợng tự phóng điện trong ắc quy ảnh hƣởng lớn vì ắc quy có điện trở trong khi đó ắc quy sẽ
62
nóng do đó mà một phần năng lƣợng cũng bị tiêu hao. Khả năng sử dụng dài nhƣng quãng đƣờng tối đa đi đƣợc thì giảm, chỉ cịn 90km trên một lần sạc.
3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng gia tốc của xe tới khả năng làm việc của xe
Các thông số và điều kiện khảo sát đƣợc mô tả trong Bảng 3.5 dƣới đây.
Bảng 3.8. Bảng thông số khảo sát gia tốc
Khảo sát gia tốc Đầu vào
a (m/s2) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
ta (s) 55.56 37.04 27.78 22.22 18.51 15.87 13.89 12.35 11.11 10.10 9.26
Điều kiện dừng v = 40 (km/h)
63
a. Khảo sát đặc điểm tăng tốc
Hình 3.31. Đồ thị đặc điểm tăng tốc
Để đánh giá đƣợc đặc điểm tăng tốc của xe điện, luận văn khảo sát các gia tốc 0.2-1.2m/s2 khi xe tăng tốc từ 0-40km/h. Nhìn vào đồ thị ta dễ nhận thấy rằng ,khi vận tốc tăng tức là khi ngƣời lái yêu cầu gia tốc càng lớn thì khả năng đáp ứng đƣợc của xe càng kém. Vi khi đó gia tốc tức thời cao nhất mà xe đạt đƣợc là 1,15m/s2, nhƣng chỉ duy trì đƣợc trong khoảng 4s đầu khởi hành. Sau đó gia tốc xe giảm nhanh, khi đó cƣờng độ dịng điện cũng tăng dần đến giá trị cực đại va không đổi đồng dang với đƣơng công suất của xe điện. Nhìn đồ thị mơ men ta thấy nó cũng đồng dạng với đƣờng gia tốc tức là khi đó mơ men cũng tăng cực đại lúc đầu sau đó thì cũng giam dần theo đƣơng hypebol.
64
b. Khảo sát khả năng đáp ứng gia tốc của xe
Ta đi tính gia tốc trung bình đƣợc tính bằng tỷ số giữa vận tốc cuối quá trình tăng tốc và thời gian tăng tốc: (m/s2). DOC đƣợc xác định tại thời điểm kết thúc quá trình tăng tốc. Để tìm đƣợc đặc tính tăng tốc của xe điện, ta mơ phỏng xe trong cùng một điều kiện chuyển động, dừng q trình mơ phỏng khi xe đạt tốc độ tối đa 40km/h. Lần lƣợt yêu cầu xe tăng tốc từ 0.22 m/s2
đến 0.65 m/s2 và thu lại kết quả chuyển động thực tế. Kết quả mơ phỏng đƣợc đƣa tại đồ thị sau:
Hình 3.32. Đồ thị khả năng đáp ứng gia tốc của xe điện
Nhìn vào đƣờng đồ thị thấy xe có khả năng đáp ứng gia tốc tốt trong khoảng gia tốc nhỏ hơn 0.5 m/s2. Khả năng tăng tốc trung bình tối đa đạt đƣợc là 0.60 m/s2
. Đặc tính tăng tốc này của xe phù hợp với đặc điểm chuyển động trong các thành phố ở Việt Nam.
65
c. Đồ thị mối liên hệ giữa gia tốc và DOC
Hình 3.33. Đồ thị mối liên hệ giữa gia tốc và DOC
Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa gia tốc trung bình với điện lƣợng DOC mà ắc quy cịn lại sau q trình tăng tốc. Khi gia tốc xe càng lớn, điện lƣợng mà ắc quy tiêu thụ càng nhiều.
Nhƣ vậy thông qua mô phỏng hệ thống truyền động xe điện ta đã :
- Xây dựng mơ hình động lực xe điện, q trính phóng điện của ắc quy, mơ hình động cơ điện, mơ hình người lái, ...
- Mơ phỏng, tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vận hành của xe điện.
Thực chất của việc mơ hình hóa nhằm giúp ngƣời thiết kế kiểm nghiệm và đánh giá một cách trực quan nhất hệ thống truyền động học xe điện. Giúp việc thay đổi, tối ƣu hệ thống dễ dàng, nhanh chóng và tiết kiệm đƣợc chi phí chế tạo thử.
Thông số cơ bản của xe đƣợc trích từ đề tài thiết kế tính tốn xe điện ba bánh của nhóm thiết kế; các hệ số kinh nghiệm ắc quy chì axit kế thừa từ các nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả Massimo Ceraolo, Robym A. Jackey, … Do đó các kết quả của mơ hình đƣợc có mức tin tƣởng cao, có thể thơng số cho các nghiên cứu tiếp sau.
Qua các kết quả khảo sát thực tế mà nhóm thiết kế xe điện thực hiện với các kết quả mô phỏng cũng cho thấy việc lựa chọn xe điện trong khu vực nội đơ là hồn toàn đúng đắn.
66
KẾT LUẬN
xe
Trong khuổn khổ của luận văn tốt nghiệp tác giả đã giải quyết đƣợc những vấn đề sau:
- Nghiên cứu, tìm hiểu một cách tổng quan sự phát triển của ô tô điện. Đề tài sẽ lựa chọn xe điện để khảo sát và ta đi khảo sát hai vấn đề:
Vấn đề thứ nhất là khảo sát đặc tính động lƣc học của xe đƣợc khảo sát ở chƣơng II .
Vấn đề thứ hai là khảo sát về tính năng làm việc của xe đƣợc trình bày trong chƣơng III.
- Khảo sát đặc tính kéo của xe điện 3 bánh.
Ta tính ra đƣợc kết quả thời gian và tính động lực học của xe nhƣ sau: Quãng
đƣờng xe tăng tốc từ 0-38 (km/h)là 85 (m). Thời gian tăng tốc từ 0-38( km/h) là 27s
- Xây dựng mơ hình động lực xe điện, q trính phóng điện của ắc quy, mơ hình động cơ điện, mơ hình người lái, ...
- Mơ phỏng, tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng vận hành của xe điện.
+ Cách thức tăng ga từ từ đến 100% theo dạng Ramp thì tốt hơn
+ Vận tốc tối ƣu của xe trong khoảng 10 km/h đến 20 km/h quãng đƣờng mà xe đi đƣợc là lớn nhất
+ Khả năng đáp ứng gia tốc trung bình của xe cực đại là 0,6 (m/s
2
) + Gia tốc càng tăng thì điện lƣơng tiêu thụ càng nhiều
. Đặc tính tăng tốc này của xe phù hợp với đặc điểm chuyển động trong các thành phố ở Việt Nam.
- Tích hợp được mơ hình lốp phi tuyến vào trong mơ hình khảo sát.
67
Kết quả luận văn có thể là cơ sở cho các hƣớng nghiên cứu về điều khiển hệ thống động lực học xe điện. Tuy nhiên, các kết quả của luận văn mới chỉ là kết quả nghiên cứu bƣớc đầu. Luận văn cần đƣợc phát triển và nghiên cứu thêm nhằm có thể ứng dụng vào thực tiễn lớn hơn.
68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 1)”, Nhà xuất bản giáo dục, 2009.
[2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập 2)” , Nhà xuất bản giáo dục, 2009.
[3] “ Đồ án thiết kế chế tạo ô tô 4 chỗ sử dụng năng lƣợng điện-nhiệt ”, Luận văn tốt nghiệp đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
[4] Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hƣờng, Nguyễn Văn Chƣởng, Trịnh Minh Hồng, “Kết cấu ơ tơ ”, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, 2009.
[5] Massimo Ceraolo, “New Dynamical Models of Lead-Acid Batteries”, IEEE
Transactions on power systems, Vol. 15, No.4, November 2000.
[6] Massimo Ceraolo, “Dynamical Models of Lead-Acid Batteries: Implementation
Issues”, IEEE Transactions on energy conversion, VOL. 17, No.1, March 2002
[7] Robyn A. Jackey, “A simple, Effective Lead-Acid modeling process for electrical system component selection”, 2007.
[8] Antonio Manenti, Simona Onori, Yann Guezennec, “A new modeling approach to predict „Peukert Effect‟ for lead acid batteries”, Milano, 2011.