Nội dung bài viết trình bày tóm tắt ý tưởng và nội dung bài báo phản ánh được đầy đủ các kết quả cơ bản của bài viết; từ 6 đến 10 dòng. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài viết này.
Trang 1NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN
KÉO TRÊN Ô TÔ HYBRID
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp:
TS Trương Mạnh Hùng Nguyễn Quốc Chính Nguyễn Đức Mạnh Nguyễn Hoài Nam Nguyễn Diệp Huỳnh Lưu Huy Hưng
Ô tô 2 - K58
Tóm tắt: Tóm tắt ý tưởng và nội dung bài báo phản ánh được đầy đủ các kết quả cơ
bản của bài viết; từ 6 đến 10 dòng
Từ khóa: ô tô Hybrid, truyền lực hybrid, động cơ hybrid
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành công nghiệp ô tô phát triển đã đem lại nhiều tiện ích cho việc đi lại và di chuyển của mọi người Tuy nhiên bên cạnh việc phát triển thì kèm theo nguồn phát thải độc hại từ các phương tiện tham gia giao thông có sử dụng động cơ đốt trong ảnh hưởng lớn đến môi trường và làm cạn kiệt nguồn nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch
Vì vậy các động cơ sử dụng nhiên liệu thay thế, năng lượng tái tạo, động cơ điện chạy bằng pin tích điện ra đời Các động cơ này có ưu điểm vượt trội so với động cơ đốt trong truyền thống về mức phát thải độc hại Tuy nhiên, các động cơ này vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm như: công suất riêng thấp, tính ổn định, tuổi thọ và hiệu suất thấp, công nghệ phức tạp, giá thành khá cao Do đó cần phát triển động cơ khắc phục được nhược điểm đó,
xe sử dụng nguồn động lực hybrid (xe hybrid) có thể được coi là giải pháp khả thi trong việc tăng hiệu suất năng lượng và giảm phát thải độc hại khi sử dụng là các phương tiện vận tải
Với mong muốn góp một phần nhỏ kiến thức về xe hybrid, đề tài “Nghiên cứu điều khiển công suất động cơ điện kéo trên ô tô Hybrid” được thực hiện Kết quả nghiên cứu có
thể là tài liệu tham khảo hữu ích trong đào tạo và khai thác thực tế thuộc lĩnh vực chuyên ngành ô tô
Trang 22 CÁC NỘI DUNG CHÍNH
2.1 Mục tiêu
- Nghiên cứu lựa chọn phương pháp điều khiển phối hợp nguồn động lực trên xe Hybrid, điều khiển công suất động cơ điện cho phù hợp với chế độ tải trọng của ô tô
- Đánh giá được các tính năng động lực học của động cơ điện khi hoạt động trên ô tô Hybrid
- Nghiên cứu phương pháp điều khiển công suất động cơ điện kéo sử dụng trên ô tô Hybrid
2.2 Phạm vi
Nghiên cứu phương pháp điều khiển công suất động cơ điện sử dụng trên ô tô Hybrid Nghiên cứu động cơ sử dụng trên ô tô Hybrid hiện đang được khai thác và vận hành trên thị trường
Nghiên cứu hệ thống truyền lực, hệ thống điều khiển trên ô tô con có truyền lực hybrid loại hỗn hợp
2.3 Phương pháp
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với chạy phần
mềm mô phỏng
2.4 Nội dung nghiên cứu
2.4.1 Kết cấu của hệ thống HYBRID
Hệ thống truyền lực Hybrid hay còn gọi là hệ truyền lực lai giữa động cơ đốt trong
và động cơ điện Loại ô tô này được dùng nhiều trong những năm gần đây do có tính ưu việt Sử dụng máy phát điện để thu hồi năng lượng dư thừa trong một số chế độ chuyển động của ô tô sau đó cấp điện lại cho động cơ điện hoạt động Sơ đồ nghiên cứu hệ thống truyền lực ô tô Hybrid như Hình 1
Hình 1 Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp
Trang 31 Động cơ nhiệt ;2 Máy phát điện ;3 Ắc quy; 4 Bộ chuyển đổi điện; 5 Mô tơ điện; 6
dòng điện năng
Hiện nay, để điều khiển phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid có thể sử dụng một trong phương pháp hệ thống truyền lực giữa động cơ đốt trong và động cơ điện là: ghép nối tiếp, ghép song song hoặc phương pháp hỗn hợp kết hợp cả nối tiếp và song song Trong đó, phương pháp kết hợp có thể tận dụng được tối đa các ưu điểm của hai phương pháp trước đó là nối tiếp hoặc song song Tuy nhiên, cách ghép nối và điều khiển của phương pháp này phức tạp hơn nhiều
Trong nội dung nghiên cứu khoa học lựa chọn phương pháp phối hợp kết hợp để điều khiển nguồn công suất động cơ điện và động cơ đốt trong cho hệ thống truyền lực ô tô hybrid
2.4.2 Điều khiển công suất động cơ
Mục tiêu của việc xây dựng mô hình toán học là điều khiển công suất kéo của mỗi nguồn động lực sao cho hợp lý nhất theo yêu cầu của người lái và điều kiện làm việc của
xe Mô hình toán học và mô phỏng được thực hiện bằng các phần mềm máy tính như Matlab Simulink có tính thuận lợi khi thay đổi các thông số, tiết kiệm thời gian và chi phí Thực hiện mô hình hóa mô phỏng hệ thống điều khiển công suất động cơ điện trên
xe hybrid ta thu được mô hình hệ thống trên Matlab như Hình 2 dưới
Hệ thống điều khiển công suất động cơ điện trên xe hybrid sử dụng một động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và một động cơ đốt trong (ICE) để tạo công suất đẩy cho xe hybrid di chuyển Động cơ đốt trong cũng sử dụng máy phát điện (Electric Generator) để sạc lại ắc quy cao áp trong quá trình lái xe
Mô hình hóa hệ thống bao gồm các khối sau:
- Khối tạo tín hiệu đầu vào (Reference inputs): để tạo ra tín hiệu bàn đạp chân ga cho
xe hybrid - Acc, đồng thời tạo giá trị độ nghiêng mặt đường - incline
- Khối quan sát đầu ra (Scope outputs): các đường đáp ứng đầu ra của hệ thống cần quan sát, bao gồm: tín hiệu chân ga, vận tốc xe (km/h), tốc độ quay ICE rpm, công suất cơ đầu ra của động cơ điện PMSM
- Khối ắc quy và bộ biến đổi điện DC-DC (Batery, converter): khối này tạo ra nguồn điện DC cấp cho động cơ điện kéo PMSM, đồng thời thông qua bộ biến đổi điện DC-DC Converter cho để sạc điện cho ắc quy
Trang 4- Khối máy phát điện (Electric Generator): để khởi động ICE, và để sạc điện cho ắc quy trong quá trình lái xe
- Khối điều khiển công suất và động cơ PMSM (Driver+Motor PMSM): gồm mô hình khối mạch công suất và mô hình động học động cơ PMSM
- Khối động học xe hybrid: đây là mô hình động học xe hybrid
- Khối ICE: đây là mô hình động học động cơ đốt trong
- Khối điều khiển xe (Vehicle controller): biến đổi tín hiệu bàn đạp chân ga thành công suất/mô-men yêu cầu của xe hybrid
- Khối điều khiển động cơ điện (Motor controller): điều khiển công suất/mô-men và tốc độ động cơ điện
- Khối điều khiển động cơ đốt trong (ICE controller): điều khiển công suất/mô-men
và tốc độ động cơ đốt trong
- Khối điều khiển máy phát điện (Generator controller): điều khiển máy phát để kích
nổ cho động cơ đốt trong ICE, điều khiển sạc điện cho ắc quy
Hình 2 Mô hình hóa hệ thống trên Matlab
Ngoài ra, trong mô hình còn sử dụng khối hộp số (gear box block) và khối bánh răng hành tinh (planetary gear)
Chiến lược điều khiển xe hybrid được thực hiện bằng cách phối hợp điều khiển công suất của động cơ điện PMSM và động cơ đốt trong ICE Bộ điều khiển ICE điều khiển công suất của động cơ đốt trong Bộ điều khiển máy phát điều khiển công suất của máy phát kích nổ động cơ đốt trong hoặc điều khiển sạc điện cho ắc quy Bộ điều khiển động
cơ PMSM điều khiển công suất của động cơ PMSM
Trang 5Mô hình chi tiết của khối điều khiển công suất và động cơ PMSM như hình 3 dưới
Hình 3 Mô hình hóa khối điều khiển công suất và động cơ PMSM
Trong sơ đồ mô phỏng trên, ngoài các khối đo điện áp DC, đo dòng điện, đo tốc độ quay động cơ điện PMSM, thì khối Converter là khối biến đổi điện áp DC thành AC 3 pha
để cấp điện động lực 3 pha dạng sine cho động cơ PMSM Khối Converter chính là bộ chuyển mạch 3 pha, sử dụng 06 van bán dẫn IGBT kèm 06 diod mắc song song, được điều khiển sáu xung bao gồm ba nhánh cầu, mỗi nhánh có hai thiết bị chuyển mạch
4.3 Kết quả mô phỏng hệ thống trên Matlab
Tiến hành mô phỏng hệ thống điều khiển công suất động cơ điện với xe hybrid trên Matlab ta thu được các kết quả như dưới đây Khi cho ô tô chạy trên các loại đường khảo
sát: Đương bằng, trên đoạn đường lên, xuống dốc
Hình 4 Kết quả khảo sát điều khiển công suất động cơ
Trang 6Qua 3 trường hợp mô phỏng thì khi tăng tốc khả năng thu hồi điện năng nạp điện cho
ắc quy giảm Khi giảm tốc và thả bàn đạp ga hoàn toàn, thì hệ thống nạp điện cho ắc quy
Vì vậy, vận tốc của xe cũng giảm nhanh và động cơ điện sẽ chuyển từ trạng thái tải sang trạng thái thu hồi năng lượng Trong đó, khi ô tô xuống dốc thì khả năng thu hồi điện năng
là lớn nhất so với trường hợp ô tô lên dốc và chạy đường bằng
Động cơ điện sẽ hoạt động khi ắc quy đủ điện áp trong trường hợp cần khởi động ô
tô hoặc khi xe cần tăng tốc Khi ô tô chạy dưới 10 m/s thì động cơ đốt trong không hoạt động mà chỉ có động cơ điện chạy Khi ô tô đạt vận tốc từ 10 m/s thì động cơ đốt trong sẽ bắt đầu hoạt động
3 KẾT LUẬN
Nội nghiên cứu đã tìm hiểu, phân tích các dạng của công nghệ hybrid, đã xây dựng được mô hình toán học hệ thống điều khiển động cơ, thiết kế bộ điều khiển động cơ điện
và tiến hành thử nghiệm điều khiển công suất động cơ điện kéo trên ô tô Hybrid bằng phần mềm MATLAB/Simulink Kết quả mô phỏng đã cho thấy quá trình điều khiển công suất động cơ điện khi chạy trên đường bằng, lên dốc……
Qua đề tài này hi vọng sẽ tạo tiền đề và cơ sở cũng như cung cấp một số tài liệu, kiến thức cho việc nghiên cứu sâu hơn nữa công nghệ hybrid trong ngành Động cơ đốt trong và
Cơ khí ô tô – máy kéo trong các trường đại học Mong rằng các bạn sinh viên khóa sau có thể tiếp tục nghiên cứu đề tài dựa trên những cơ sở kết quả của đề tài
Tài liệu tham khảo
[1] Mehrdad Ehsani, Yimin Gao - Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design, Second Edition (Power Electronics and Applications Series)
[2] Nguyễn Hữu Cẩn: Lý thuyết ô tô máy kéo - NXB Khoa học và kỹ thuật
[3] Trần Minh Hậu: luận văn thạc sỹ Kỹ thuật ô tô- máy kéo, ĐH GTVT, 2020