CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC HYBRID SONG SONG
3.3 Nội dung xây dựng tính chất động lực học của xe hybrid cấu hình song song
3.3.1 Xây dựng tính chất động lực học của động cơ đốt trong
Xe hybrid là xe kết hợp động cơ đốt trong và mô tơ điện để sinh ra công suất tối ưu vẫn đảm bảo lực kéo cần thiết và tiết kiệm nhiên liệu tối đa. Hình 3.2 cho đường đặc tính tối ưu của động cơ sử dụng trên xe Prius. Có thể nhận thấy, đường đặc tính làm việc tối ưu của động cơ đốt trong nằm phía dưới đường đặc tính ngoài của động cơ.
Bảng 3.1 Công suất trên đường đặc tính tối ưu của động cơ đốt trong theo tốc độ Tốc độ trục
khuỷu (vg/ph)
500 1000 1500 2000 2500 3000 35000 4000 4500 5000 Công
suất(kW) 5.9 12.7 19.9 26.8 33.1 38.2 41.7 43 41.5 36.9
63
Hình 3.2 Đặc tính công suất động cơ đốt trong
Ta có thể mô phỏng đặc tính công suất của động cơ từ bảng số tham khảo bằng phần mềm Matlab. Từchương trình Matlab (xem tại phụ lục) ta có đồ thịđặc tính công suất của động cơ đốt trong như sau:
Hình 3.3. Đồ thị công suất động cơ đốt trong
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5x 104
Toc do truc khuyu (vong/phut)
Cong suat dong co dot trong (W)
Ne
64
3.3.1.2 Xây dựng đường đặc tính momen của động cơ đốt trong
Ta có thểtính momen động cơ đốt trong từ công suất động cơ đốt trong như sau 10
1, 047
e e
e
M N
= n
Từđó ta có đồ thị momen của động cơ đốt trong như sau:
Hình 3.4. Đồ thị momen động cơ đốt trong 3.3.1.3 Xây dựng lực kéo tại các bánh xe chủđộng tại các tay số
Hình 3.5 là sơ đồ thống truyền lực hybrid cấu hình song song sử dụng bộ kết nối momen. Ta sẽ tính lực kéo tại các bánh xe chủđộng theo sơ đồ của hình 3.5
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 70
80 90 100 110 120 130
Toc do truc khuyu (vong/phut)
Momen cua dong co dot trong (Nm)
Me
65
Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid cấu hình song song sử dụng bộ kết nối momen
Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủđộng của ô tô được sử dụng để khắc phục các lực cản chuyển động sau: lực cản lăn, lực cản dốc, lực cản không khí, lực quán tính. Phương trình cân bằng lực kéo của ô tô trong trường hợp tổng quát
k f i j
P =P ± +P Pω ±P
Xét trường hợp ô tô chuyển động đều, trên mặt đường nằm ngang. Khi đó
k f
P =P +Pω W 2 e t t
b
M i fG v
r
η = +
Lực kéo tại mỗi tay số
e hi t ki
b
P M i r
= η
Vận tốc của xe tại mỗi tay số 2
60
e b i
hi
v n r i
= π
66
Để có thể xây dựn được đồ thịđặc tính kéo tại các tay số ta cần sử dụng bảng thông số của xe tham khảo sau:
Bảng 3.6 Thông số xe tham khảo
TT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Khối lượng xe M 1325 kg
2 Gia tốc trọng trường G 9,81 m s / 2
3 Hệ số cản không khí K 0,11
4 Diện tích cản chính diện K 1,9 m2
5 Hệ số cản lăn F 0,18
6 Bán kính bánh xe rbx 0,3 m
7 Hiệu suất hệ thống truyền lực ηt 0,9 8 Tỷ số truyền lực chính i0 3,3 9 Tỷ số truyền tại số 1 ih1 2 10 Tý số truyền tại số 2 ih2 1,4 11 Tỷ số truyền tại số 3 ih3 1
Từchương trình viết trong phần mềm Matlab (xem tại phụ lục), ta có đồ thị lực kéo tại bánh xe chủđộng theo các tỉ số truyền như sau
Hình 3.6. Đồ thị lực kéo tại bánh xe chủ động theo các tay số truyền
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Toc do xe (km/h)
Luc keo (N)
Pk1 Pk2 Pk3 Pf+Pw
67
3.3.1.4 Xây dựng nhân tốđộng lực học của động cơ đốt trong Nhân tốđộng lực học của ô tô được tính theo công thức sau
2 1
k e t t W
b
P P M i
D v
G r G
ω η
= − = −
Hình 3.7 Đồ thị nhân tố động lực học khi xe sử dụng động cơ đốt trong 3.3.1.5 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc của động cơ đốt trong
Từ nhân tốđộng lực học D, ta có thể tính gia tốc theo công thức sau
( )
i
j D ψ g
= − δ
Xét khi xe chạy trên đường thẳng không dốc thì j được tính ( ) 1
( )
i i
j D f g
j g D f
δ
= − δ → =
−
Dựa vào chương trình mô phỏng trong Matlab, ta có đồ thị1/j, và đồ thị thời gian tăng tốc như sau
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
Toc do xe (km/h)
Nhan to dong luc hoc
D1 D2 D3
68
Hình 3.8 Đồ thị 1/j khi xe sử dụng động cơ đốt trong 3.3.1.6 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc của động cơ đốt trong Từ giá trị 1/j ta tính thời gian tăng tốc của xe như sau
2
1
v 1
v
t dv
= ∫ j Ta có đồ thị tính thời gian tăng tốc như sau
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 2 4 6 8 10 12
Toc do xe (km/h)
1/j
1/j1 1/j22 1/j3
69
Đồ thị 3.9 Thời gian tăng tốc của xe
Nhận xét: Khi xe tăng tốc từ0 đến 100 km mất gần 30 giây và tăng tốc khi xe đạt giá trị vận tốc cực đại mất khoảng 90 giây
3.3.1.7 Xây dựng đồ thịquãng đường tăng tốc của động cơ đốt trong Từ đồ thị thời gian tăng tốc ta tính được quãng đường tăng tốc theo công thức
2
1
t
t
s=∫vdt
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Toc do xe (km/h)
Thoi gian (s)
tay so1 tay so 2 tay so3
70
Hình 3.10. Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe
Nhận xét: Quãng đường xe tăng tốc từ0 đến vận tốc 100km/h mất khoảng 300m, còn quãng đường xe tăng tốc từ0 đến vận tốc tối đa khoảng 1600m.