xe điện xe lai, chương 4 hệ thống truyền lực xe lai điện kiểu song song

Nhưng mỗi phương pháp thiết kế cho một cấu trúc riêng không thể ứng dụng cho các cấu trúc khác và kết quả chỉ có thể ứng dụng cho một môi trường hoạt động và yêu cầu về khí thải thiết k

Ưu điểm:

(1) Máy phát không cần lắp đặt (2) Motor kéo nhỏ hơn

(3) Hiệu suất cao hơn

Nhược điểm:

Cấu trúc phức tạp

Có nhiều cấu trúc cho truyền lực lai kiểu song song

như đã đề cập ở Chương 2 Nhưng mỗi phương pháp

thiết kế cho một cấu trúc riêng không thể ứng dụng cho các cấu trúc khác và kết quả chỉ có thể ứng dụng cho một môi trường hoạt động và yêu cầu về khí thải

thiết kế hệ thống truyền lực kiểu song song với khớp nối mômen hoạt động trên nguyên lý điện cực đại; đó là: động cơ cung cấp công suất đáp ứng tải cơ bản (hoạt động tại tốc độ không đổi định trước trên đường bằng phẳng và các đoạn đường có độ dốc trung bình, hoặc tại chế độ tải trung bình khi chuyển

sang trạng thái hoạt động ngừng–chạy thường xuyên)

và sự truyền động điện cung cấp công suất để đáp ứng yêu cầu tải cực đại Các trường hợp khác như hệ thống truyền lực lai hỗn hợp sẽ được bàn luận trong

Chương 6.

Tải cơ bản là chế độ tải thấp hơn chế độ tải cực đại khi vận hành trong thành phố và ở điều kiện vận

hành trên đường cao tốc, như đã đề cập ở Chương 5

Điều đó cho phép công suất cực đại của động cơ nhỏ hơn công suất cực đại của motor kéo Do đặc tuyến mômen – tốc độ của motor kéo tốt hơn so với động

cơ nên hộp số đơn cấp dùng cho motor kéo có lẽ là

sự lựa chọn đúng đắn Vì vậy, trong chương này sẽ tập trung vào thiết kế hệ thống truyền lực như thể

hiện ở Hình 5.1

Mục tiêu của thiết kế là:

1 Để thỏa mãn yêu cầu về các tính năng hoạt động (leo dốc, tăng tốc, tốc độ cực đại)

2 Đạt hiệu suất tổng thể cao

3 Để duy trì tình trạng ắc quy (SOC) ở mức thích hợp trong hầu hết các điều kiện

dẫn động mà không cần đến bộ nạp từ bên ngoài

4 Để tái sử dụng năng lượng phanh

5.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC LAI SONG SONG

Các chế độ hoạt động có thể có của hệ thống

truyền lực lai song song đã được đề cập ở Chương 5,

các chế độ hoạt động chính gồm: (1) động cơ kéo một mình, (2) motor điện kéo một mình, (3) kéo kết hợp (động cơ và motor), (4) phanh nạp (phanh tái sinh), và (5) động cơ nạp cho nguồn công suất cực đại (PPS) Suốt quá trình hoạt động, các chế độ hoạt động thích hợp sẽ được dùng để đáp ứng yêu cầu về mômen kéo, đạt hiệu suất tổng thể cao, duy trì mức

độ SOC của PPS phù hợp, và phục hồi năng lượng phanh nhiều nhất có thể

Sơ đồ điều khiển tổng thể gồm hai cấp độ Cấp độ điều khiển hệ thống của xe (điều khiển cấp cao) có chức năng như một bộ phận chỉ huy và đưa yêu cầu mômen đến cấp điều khiển thấp (điều khiển cục bộ hoặc thiết bị điều khiển) dựa trên các yêu cầu của người điều khiển, đặc tính các thiết bị, và các tín hiệu phản hồi từ các thiết bị Các thiết bị điều khiển cấp

độ thấp như điều khiển động cơ, điều khiển motor, điều khiển hộp số đối với hộp số đa cấp, điều khiển các thiết bị tương ứng để làm cho chúng hoạt động đúng

Sơ đồ điều khiển tổng quát của hệ thống truyền lực

lai kiểu song song được thể hiện ở Hình 5.2 Nó bao

gồm bộ điều khiển xe, điều khiển động cơ, điều khiển motor điện, điều khiển phanh cơ khí Bộ điều khiển xe chiếm vị trí cao nhất Nó thu thập dữ liệu từ người lái xe và tất cả các thiết bị như yêu cầu về mômen xoắn, tốc độ motor điện,… Dựa trên các dữ liệu, các đặc tính thiết bị và các phương án điều khiển đặt trước, bộ điều khiển xe sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị điều khiển/điều khiển cục bộ Mỗi thiết bị điều khiển sẽ điểu khiển các hoạt động

của các thiết bị tương ứng để đáp ứng yêu cầu của hệ thống truyền lực

Bộ điều khiển xe đóng vai trò trung tâm trong hệ thống truyền lực Nó sẽ thi hành các chế độ hoạt động khác nhau – theo điều kiện dẫn động và các dữ liệu thu thập được từ các thiết bị và yêu cầu của người điều khiển – và sẽ đưa ra sự điều khiển đúng đến các thiết bị điều khiển cục bộ Do vậy, phương pháp điều khiển định trước là chìa khóa để tối ưu hoạt động của hệ thống truyền lực

5.1.1 Phương pháp điều khiển trạng thái nạp cực đại

Khi xe đang hoạt động trong chế độ ngừng – chạy thường xuyên, PPS phải phân phối công suất đến hệ thống truyền lực thường xuyên Dần dần, PPS có xu hướng phóng hết điện rất nhanh

Trong trường hợp này, duy trì SOC cao trong PPS thì cần thiết để đảm bảo hoạt động của xe

Phương pháp điều khiển cực đại có thể được giải

thích bởi Hình 5.3 Trong hình này, đường cong

công suất cực đại cho chế độ kéo kết hợp (động cơ cộng motor điện), động cơ kéo một mình, motor điện kéo một mình và chế độ phanh nạp thì được phát họa theo sự thay đổi tốc độ xe Công suất yêu cầu trong các điều kiện khác nhau được phát họa, được đại diện bằng các điểm A, B, C và D

Các chế độ hoạt động của hệ thống truyền lực được giải thích dưới đây:

Chế độ motor đẩy một mình: Tốc độ xe thấp hơn

không thể hoạt động ổn định được Trong trường hợp

này, motor điện một mình phân phối công suất đến

các bánh xe chủ động, trong khi động cơ không hoạt

động hoặc chạy cầm chừng Công suất động cơ, công

suất điện và công suất phóng điện PPS được tính như

sau:

0

e

L m

t m

P P

h

=

m pps d

m

P P

h

- =

hiệu suất motor

Chế độ đẩy kết hợp: Yêu cầu công suất tải được

đại diện bằng điểm A trong Hình 5.3 thì lớn hơn

công suất của động cơ có thể phát ra, cả động cơ và motor phải phân phối công suất đến các bánh xe chủ động cùng lúc Trong trường hợp này, sự hoạt động động cơ thì được cài đặt hoạt động trên đường hoạt động tối ưu bằng cách điều khiển cánh bướm ga để

cung cấp bởi motor điện Công suất đầu ra motor và công suất phóng điện PPS được tính như sau:

, ,

L e t e m

m

P P

Chế độ nạp PPS: Khi công suất tải yêu cầu (được

đại diện bởi điểm B trên Hình 5.3) thấp hơn công

suất động cơ phát ra khi động cơ hoạt động trên

đường hoạt động tối ưu, và SOC của PPS thì ở phía

dưới đường trên cùng, thì động cơ phát ra công suất

khiển bởi bộ điều khiển làm cho nó hoạt động như

một máy phát, nó được dẫn động từ phần công suất

còn lại của động cơ

Công suất đầu ra của motor điện và công suất PPS là:

, , ,

pps c m

motor điện

Chế độ động cơ đẩy một mình: Khi công suất tải

yêu cầu (điểm B) thấp hơn công suất động cơ có thể

phát ra khi nó hoạt động tối ưu, và SOC của PPS đã

đạt đến đường trên cùng thì chế độ động cơ đẩy một

mình được sử dụng Trong trường hợp này, hệ thống

điện ngưng hoạt động và động cơ hoạt động để cung

cấp công suất đáp ứng công suất tải yêu cầu Đường

cong công suất đầu ra của động cơ ứng với chế độ

một phần tải được biểu diễn bằng đường nét đứt trên

Hình 5.3 Công suất động cơ, công suất điện và công

suất ắc quy có thể được thể hiện:

,

L e

t e

P P

Chế độ phanh nạp: Khi xe phanh và công suất

phanh thấp hơn công suất phanh nạp cực đại, công

suất mà hệ thống điện có thể cung cấp (được thể hiện

trên Hình 5.3 tại điểm D) thì motor điện được điều

khiển có chức năng như một máy phát điện để cung

cấp một công suất phanh bằng với công suất phanh

yêu cầu Trong trường hợp này, động cơ không hoạt

động hoặc chạy cầm chừng Công suất đầu ra motor

và công suất nạp PPS là:

pps c mb

Chế độ phanh kết hợp: Khi công suất phanh yêu

cầu lớn hơn công suất phanh nạp cực đại, công suất

mà hệ thống điện có thể cung cấp (được thể hiện trên

Hình 5.3 tại điểm C) thì phanh cơ khí phải được hoạt

động Trong trường hợp này, motor điện sẽ được

điều khiển để cung cấp công suất phanh nạp cực đại,

và hệ thống phanh cơ khí sẽ giải quyết phần còn lại

Công suất đầu ra, công suất nạp ắc quy, và công suất

phanh cơ khí là:

Chú ý: để đặc tính phanh tốt hơn thì lực phanh phía trước lên bánh trước và bánh sau tỉ lệ với tải trung bình của chúng trên các bánh xe Vì vậy, việc điều khiển công suất phanh không được chính xác như đã

đề cập ở trên (được đề cập chi tiết ở Chương 11)

Lưu đồ điều khiển của Max.SCO-of-PPS được miêu

tả trên Hình 5.4

5.1.2 Phương pháp điều khiển động cơ ON-OFF

Tương tự như trong trường hợp sử dụng hệ thống truyền lực lai kiểu nối tiếp, thì phương pháp điều khiển động cơ ON–OFF được áp dụng trong một vài

tình trạng hoạt động với tốc độ thấp và gia tốc thấp Trong phương pháp điều khiển động cơ ON–OFF thì sự hoạt động của động cơ được điều khiển bởi

SOC của PPS được thể hiện ở Hình 5.5

sử dụng phương pháp điều khiển SOC của PPS cực đại Khi SOC của PPS đạt đến đường trên cùng của

nó thì động cơ ngưng hoạt động (OFF) và xe chỉ được đẩy bởi một mình motor điện Khi SOC của PPS đạt đến đường dưới cùng thì động cơ phải hoạt động trở lại và điều khiển SOC của PPS cực đại trở lại