- i: Hệ số sử dụng của tải Các phụ tải hoạt động không liên tục được
3.1 Mơ hình hệ thống truyền động học xe điện
Với mục tiêu đánh giá chắnh xác quá trình vận hành xe điện,đồ án đề xuất phương án mô phỏng gồm 4 khối chắnh được thể hiện trên Hình 3.1, chức năng của các khối
Motor control Motor model Battery model Vehicle model Pin Trq T ω toa DOC/SOC/ V/taq/ V v/ ω/a nhưsau:
Hình 3.1: Sơ đồ truyền động xe điện
- Motor control: mô phỏng mối quan hệ giữa vị trắ bàn đạp ga và công suất mô tơ. Khối mô phỏng điều khiển động cơ điện được giới thiệu trong mục 3.1.4;
- Motor model: khối mô phỏng lại đặc tắnh hoạt động của động cơ điện một chiều không chổi than; từ thông số mơ men u cầu, vận tốc góc động cơ, xuất ra tắn hiệu mơ men chủ động truyền tới các bánh xe; khối được trình bày trong mục 3.1.2;
- Vehicle: dùng để mô phỏng khả năng động lực học phương dọc của xe khi được cấp mô men chủ động từ động cơ điện; khối này được trình bày trong mục 3.1.1.
- Battery: khối mô phỏng hoạt động của ắc quy trong q trình phóng điện; được trình bày trong mục 3.1.4;
Đây là bước đầu tiên trong mô phỏng chuyển động của xe. Ở bước này ta phân tắch lực từ động cơ điện và các lực cản khi xe chuyển động. Các thông số của xe bao gồm: khối lượng xe m, vận tốc xe v, góc nghiêng mặt đường α như trên Hình 3.2.
Hình 3.2: Mơ hình truyền động học xe điện
3.1.1.1 Lực cản lăn
Lực cản lăn phát sinh là do có sự biến dạng của lốp và mặt đường, do sự tạo thành vết bánh xe trên đường và do sự ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường. Lực này có phương song song với mặt đường, ngược chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và đường.
Frr = m.g. ộrr.cos(α) (3.1)
Trong đó:
ộrr: hệ số cản lăn chung cho các bánh xe. Xe điện ba bánh phục vụ nội đô
thường xuyên chạy trên mặt đường tốt; do đó ộrr = 0,01; 3.1.1.2 Lực cản khơng khắ
Lực cản không khắ đặt tại tâm diện tắch cản chắnh diện của ô tô, cách mặt đường ở độ cao hw. Ta có thể xác định qua cơng thức thực nghiệm sau:
Fa =
(3.2) Trong đó:
Fa: Lực cản khơng khắ [N];
A: Diện tắch cản chắnh diện, A = 2.08 [m2];
ρ: Trọng lượng riêng của không khắ, ρ = 1,25 [kg.m-3];
Cd: Hệ số cản không khắ, Cd = 0,45;
3.1.1.3 Lực cản lên dốc
Đây là một thành phần của trọng lượng của xe. Điểm đặt tại trọng tâm, có phương song song với mặt đường, ngược chiều chuyển động khi xe lên dốc và cùng chiều chuyển động khi xe xuống dốc.
Fc = m.g.sin(α) (3.3)
Trong đó:
Fc: Lực cản lên dốc [N]
Khi ơ tơ chuyển động không ổn định (lúc tăng tốc hoặc giảm tốc) sẽ xuất hiện lực quán tắnh. Lực quán tắnh Fi gồm 2 thành phần:
- Lực quán tắnh do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô, kắ hiệu là Fti. Được xác định theo công thức:
Fti = m.a
Trong đó:
Fti: Lực quán tắnh của các khối lượng chuyển động tịnh tiến [N]; a: gia tốc chuyển động của xe [m/s2];
m: Tổng khối lượng của xe và người [kg];
- Lực quán tắnh do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của oto (gồm các khối lượng chuyển động quay của động cơ điện, của bánh răng hộp giảm tốc và các bánh xe). Nhưng do đại lượng này nhỏ, ắt ảnh hưởng đến kết quả nên có thể bỏ qua.
Khi đó lực cản qn tắnh của ơ tô được tắnh:
Fi = Fti = m.a (3.4)
3.1.1.5 Lực kéo
Động cơ điện sinh ra mô men T, qua hộp giảm tốc và vi sai tạo ra lực kéo tại bánh xe Fte như sau:
Fte =
(3.5) Trong đó:
Fte: lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe [N];
Phương trình cân bằng các lực theo phương dọc xe:
Từ các phương trình (3.1) đến (3.6) sử dụng phần mềm Matlab-Simulink, ta xây dựng được mơ hình mơ phỏng chuyển động của thân xe như trên Hình 3.3.
Hình 3.3: Mơ hình mơ phỏng chuyển động thân xe
Tham số để mô phỏng chuyển động thân xe là các đặc tắnh quán tắnh (m), tỷ số
truyền hộp giảm tốc (ratio_gb), hiệu suất truyền lực (ộgb), bán kắnh tắnh toán bánh xe (r), gia tốc trọng trường (g), trọng lượng riêng không khắ (ρ), diện tắch cản không khắ chắnh diện (A), hệ số cản không khắ (Cd), hệ số cản lăn (ộrr), góc nghiêng mặt đường (α), vận tốc lớn nhất của xe (vmax). Tắn hiệu đầu vào của khối mơ hình mơ phỏng truyền động học thân xe là mô men động cơ điện (Torque). Tắn hiệu đầu ra gồm vận tốc xe thực tế (real velocity), vận tốc góc của roto động cơ điện (omega motor).
Trong mơ hình này, mơ men chủ động Torque từ động cơ điện được truyền toàn bộ thành lực kéo Fte giúp xe chuyển động; không xét đến tác động của mô men phanh khi người lái cần giảm tốc độ nên chỉ khảo sát được trạng thái tăng tốc và giữ ổn định tốc độ tại một giá trị nhất định.
Quá trình tăng tốc diễn ra từ tác động của người lái vào bàn đạp ga, thông qua hệ thống truyền tắn hiệu điều khiển động cơ nhằm sinh ra mô men tăng tốc phù hợp với yêu cầu.