mô hình hoá ô tô điện Tesla model S P85

Mô hình hoá xe điện và kiểm soát tốc độ bằng matlab simulink z Mô hình hoá ô tô điện và kiểm soát tốc độ bằng matlab simulink z I Mục tiêu  Thiết lập mô hình Toán học của một chiếc ô tô điện dựa trên[.]

Mô hình hoá ô tô điện và kiểm soát

tốc độ bằng matlab simulink

 Thiết lập mô hình Toán học của một chiếc ô tô điện dựa trên

mẫu Tesla Model S P85.

 Thiết kế mô hình SIMULINK mô phỏng động lực học hoàn chỉnh của mẫu Tesla Model S P85.

 Kiểm soát tốc độ xe Tesla bằng Bộ điều khiển tốc độ sử dụng thuật toán PID.

II Về mẫu xe điện Tesla model S P85

• Các thông số tính toán cơ

Phương trình động lực học phương dọc:

Fkéo cản = Fi + Fa +Fr

IV Sơ đồ

khối block

 Speed controller: mô phỏng

mối quan hệ giữa vị trí chân

ga ga và so sánh với vận tốc thực để xuất ra một xung điều khiển momen yêu cầu (Tyc)

 DC motor : khối này mô

phỏng lại đặc tính hoạt động của động cơ điện một chiều

từ thông số momen yêu cầu, vận tốc góc động cơ xuất ra tín hiệu momen chủ động truyền tới các bánh xe

 Vehicle model : dùng để

mô phỏng khả năng động lực học phương dọc của xe khi được cấp mô men chủ động từ động cơ điện

 Battery block : khối mô

phỏng hoạt động của ắc quy trong quá trình phóng điện dựa vào tín hiệu momen động cơ và nhiệt

độ môi trường

VI Quá trình thiết kế

 Từ các thông số cơ bản suy ra các biểu thức toán học cho từng phần của mô hình

 Mô hình hoá các biểu thức này sang mô hình MATLAB / SIMULINK

 Sử dụng mô hình này để lập trình bộ điều khiển tốc độ

 Kiểm nghiệm kết quả và so sánh với các ví dụ trong thực tế

Tính toán lực

 Lực kéo : là lực được chuyển hóa năng lượng từ điện năng sang cơ năng thông qua động cơ và bánh xe.

 Lực cản khí động học: dịch chuyển của không khí khi chuyển động hoặc do gió giật

 Lực cản lăn: sự biến dạng của lốp trên mặt đất do trọng lượng của

A,lực kéo

 Các bánh xe chuyển đổi mô-men xoắn do động cơ tạo ra thành lực tịnh tiến nhờ ma sát tạo ra bởi lốp của chúng Lực này có thể được biểu thị bằng công thức :

 =



Ở đây, = 48/2 = 24 𝐿 𝑐𝑚 và r = 9,73 𝐺 nên suy ta :

 Trong thực tế hiện tượng trượt có thể xảy ra nhưng mình sẽ bỏ qua nó trong trường hợp này Hiện tượng trượt mình sẽ giải thích ở tập khác.

F=40.5*T

 Hậu quả của tổn thất cơ học

do sự biến dạng của lốp xe khi tiếp xúc với mặt đất Được biểu diễn qua công thức :

 Xét lốp xe khô và đường là đường nhựa ta có : Cr=0.02

 Tổng khối lượng của tesla model s : m=2108 (kg)

 Hằng số hấp dẫn g=9,81 m/s^2

 Suy ra : = 2108* 0.02*9.81= 413 N

Battery

I Tesla model S P85

battery

 Pin của Tesla model S được ghép bởi 7.104 cell pin

mã 18650 bao gồm 16 module mỗi module gồm 444 cell có khả năng lưu trữ năng lượng lên 85kWh.

 16 module được mắc nối tiếp , mỗi module chứa 6 nhóm mỗi nhóm gồm 74 cell mắc //.

 Tổng công suất của nó là 85.000Wh và nó nặng 540kg.

 Mỗi cell NCR18650B có công suất trung bình là 3300 mah, điện áp danh nghĩa 3,6V / 11,9Wh.

 Điện áp tối đa của chúng là 4,2V và được phóng điện

ở 2,5V.

 Trong một đoạn mạch mắc nối tiếp, Hiệu điện thế của đoạn mạch

là tổng các Hiệu điện thế của các thành phần của nó nhưng cường

độ dòng điện không đổi

 Trong một đoạn mạch mắc song song, điện áp của đoạn mạch là như nhau trong suốt nhưng cường độ dòng điện là tổng của dòng điện đi qua tất cả các thành phần của nó được mắc song song

 Do đó, chúng ta có thể tính toán điện áp danh định của pin:

𝑉 = 3.6 16 6 = 346 ∗ ∗ 𝑉

 Dòng điện tối đa sẽ được thiết lập thông qua mô-men xoắn cực đại

III Kết luận

 Phân tích pin này đã cho chúng ta biết điện áp hoạt động tối đa

mà chúng ta sẽ lấy ở đây là 346V để xem xét mức trung bình trong một lần xả pin Điện áp tối đa và mức phóng điện tối đa này đã cho ta giới hạn đối với các giá trị tối đa mà hệ thống của chúng ta có thể đạt được, cả về điện áp và dòng điện Tất cả các thông số này sẽ được thực hiện một cách thích hợp trong SIMULINK.

bởi 7104 tế bào pin cell 3,7v) nên để mô hình hoá pin điện của xe là một chủ đề phức tạp cần phải dựa vào phương trình đối lưu nhiệt trong nội hệ thống và nhiệt độ môi trường , …… dẫn đến thời lượng bài giảng

sẽ rất dài

mô hình hoá động lực học và để không mất tính tổng quát chúng ta sẽ lấy điện áp danh định của pin là 346 V trong suốt thời gian

mô phỏng để xem xét mức trung bình trong

1 lần xả pin

Lithium” sẽ được giới thiệu ở bài giảng khác

Minh hoạ mô hình pin lithium

80 cell , 350 (V)

Động cơ điện

 Tesla Model S sử dụng động cơ cảm ứng ba pha xoay chiều bốn cực.

 Những điều này đòi hỏi điều khiển toán học và điện

tử phức tạp nhưng sẽ cho

ta hiệu quả cao.

 Nên để đơn giản, chúng ta

sẽ sử dụng động cơ DC có chổi than mà chúng ta sẽ biểu diễn toán học sao cho phù hợp với động cơ Tesla nhất có thể.

II Mô hình toán học

 Sụt áp rơi trên điện trở : ir=I*R

của tất cả các điện áp trên một đường dẫn kín trong

mạch bằng 0 ta có:

 𝑉= ( ) 𝐼 𝑡 ∗𝑅 𝐿 + *(di/dt)

+ ( ) (1) 𝐸 𝑡

 Mô-men xoắn trong động

cơ điện một chiều có thể được viết:

 Với t hằng số mô-men 𝐾 xoắn của động cơ xác định các đặc tính chế tạo của nó.

 Tương tự ta có hiệu điện thế rơi trên động cơ cho bởi công thức:

 E(t)=Ke*

 Ke là hằng số động cơ ,

là tốc độ quay của đc (rad/s)

T(t)=Kt*I(t)

matlab simulink

T(t)=Kt*I(t)

(1)

 Phân tích dữ liệu trực tuyến, ta có thể

lấy các thông số cơ bản :

+ cách biểu diễn trên giúp ta hiểu rõ

bản chất nhưng khi gặp các bài toán

mô hình lớn sẽ dẫn đến rất cồng kềnh

và rắc rối

+ Ngoài cách biểu diễn 2 phương trình

di/dt, T(t) ở trên chúng ta có thể dùng

một phương pháp toán học rất hữu ích

đó là biến đổi laplace phương trình di/dt

để suy ra 1 phương trình hàm truyền

biểu diễn mỗi quan hệ giữa T,V,omega

Ưu điểm của phương pháp này cho ta

một phương trình hàm truyền duy nhất

dẫn đến khi mô hình hoá rất đơn giản

và ngắn gọn chỉ với duy nhất công cụ

transfer funtion ( sẽ được giới thiệu

trong bài mô hình khác )

Công cụ tranfer function trong matlab simulink

Mô hình động lực học

 Lực kéo từ động cơ : Ff = 40.5T*0.7(70% hiệu suất tổng thể)

2 Điều kiện chuyển động của xe

 Từ hình vẽ ta có điều kiện chuyển động của xe:

 Fkéo cản

 Chiếu phương trình trên lên trục Ox chiều

dương là chiều tịnh tiến của xe :

 Ff = Fr + D + Fq

 40,5*0.7*T = 413 + 0.3381*v^2 + 2513*j

Inertial drag

 Phương trình động lực học dọc thân xe :

dv

dt = 0.7 ∗ 40.5 T − 413− 0.3381 v

22513

Ô tô điện tesla model s p85 đạt vận tốc 100 km/s với 4.4 s Mô hình đã đúng với thực

Tế về phương diện khả năng tăng tốc

+ cần hoàn thiện thêm mô hình hoá pin điện lithium , module

kiểm soát tốc độ bằng thuật toán PID

+ mô hình hoá chi tiết động học bánh xe , hệ thống truyền lực,

hệ thống treo