Ứng dụng MatlabSimulink mô phỏng hệ thống phanh thu hồi năng lượng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.06 MB, 102 trang )
VIỆT NAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ
THỐNG PHANH THU HỒI NĂNG LƯỢNG TRÊN Ô
TÔ 2003 TOYOTA PRIUS II (NHW20) HYBRID
SVTH:
MSSV:
SVTH:
MSSV:
GVHD: Ths.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng năm 20
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN MƠN HỌC
ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ
THỐNG PHANH THU HỒI NĂNG LƯỢNG TRÊN Ô
TÔ 2003 TOYOTA PRIUS II (NHW20) HYBRID
SVTH:
MSSV:
SVTH:
MSSV:
GVHD:
Tp. Hồ Chí Minh, tháng năm 20
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên:
Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật ơ tơ
Khóa
Lớp:
Tên đề tài
Ứng dụng Matlab/Simulink mô phỏng hệ thống phanh thu hồi năng lượng trên ô tô
2003 Toyota Prius II (NHW20) hybrid.
1. Nhiệm vụ đề tài
2. Sản phẩm của đề tài
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
3. Ngày giao nhiệm vụ đề tài:
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Đồ án mơn học
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MƠN HỌC
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên:
Họ và tên sinh viên:
Tên đề tài: Ứng dụng Matlab/Simulink mô phỏng hệ thống phanh thu hồi năng lượng trên ô tô
2003 Toyota Prius II (NHW20) hybrid.
Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật ô tô.
Họ và tên GV hướng dẫn:
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐAMH
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐAMH:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
TT
Mục đánh giá
Điểm
Điểm
tối đa
đạt
được
1.
Hình thức và kết cấu ĐAMH
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
2.
Nội dung ĐAMH
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
30
10
10
10
50
5
học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
10
15
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
3.
4.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐAMH
Tổng điểm
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
15
5
10
10
100
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)
năm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Đồ án mơn học
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MƠN HỌC
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên:
Họ và tên sinh viên:
Tên đề tài: Ứng dụng Matlab/Simulink mô phỏng hệ thống phanh thu hồi năng lượng trên ô tô
2003 Toyota Prius II (NHW20) hybrid.
Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật ô tô.
Họ và tên GV hướng dẫn:
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐAMH:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐAMH:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
............................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
TT
1.
Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐAMH
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
2.
Nội dung ĐAMH
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
Điểm
Điểm đạt
tối đa
30
10
10
10
50
5
được
học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
10
15
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
3.
4.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐAMH
Tổng điểm
15
5
10
10
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)
năm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài:............................................................................................................................
............................................................................................................................
Họ và tên Sinh viên:.......................................................MSSV:..........................................
.......................................................MSSV:
.......................................................
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng
theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:_______________________________
______________________________________________
Giảng viên hướng dẫn:____________________________
______________________________________________
Giảng viên phản biện:_____________________________
______________________________________________
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng
năm 20
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập tại trường chúng em được trang bị những kiến thức về
chuyên ngành và để đánh giá quá trình học tập và rèn luyện, chúng em được Thầy giao
cho nhiệm vụ hoàn thành đồ án cuối kì với nội dung: “Ứng dụng matlab/simulink trong
việc xây dựng hệ thống phanh tái sinh trên xe Hybrid”. Với kinh nghiệm và kiến thức cịn
ít nhưng với sự chỉ bảo tận tình của Thầy Th.S chúng em đã hoàn thành đồ án đúng thời
gian quy định. Trong quá trình thực hiện đồ án, dù mỗi thành viên trong nhóm đã hết sức
cố gắng, cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy và bạn bè, xong do khả năng, tài
liệu và thời gian còn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy chúng em rất mong
sự chỉ bảo của Thầy và sự góp ý của bạn bè để đồ án của chúng em được hoàn thiện.
Qua đây em cũng xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của Thầy đã
tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đồ án. Bên cạnh đó chúng em cũng xin cảm ơn
gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, chỉ bảo để hồn thành tối đồ án đúng thời hạn quy định.
Hồ Chí Minh, ngày tháng 3 năm
Nhóm thực hiện: Nhóm
TÓM TẮT
Yêu cầu đối với một hệ thống phanh trên xe ô tô nếu muốn đạt được hiệu quả là
phải đảm bảo được quãng đường phanh ngắn nhất và phải đảm bảo được tính ổn định của
xe khi phanh. Để đảm bảo ổn định hướng cho phương tiện cần phân phối lực phanh các
bánh xe ở các cầu là bằng nhau và nằm trong giới hạn bám của bánh xe với mặt đường.
Với hệ thống phanh truyền thống khi trong q trình phanh động năng được chuyển
thành nhiệt năng thốt ra môi trường. Đây là một năng lượng làm tiêu tốn cơng suất của
động cơ một cách vơ ích. Ngồi việc làm tiêu tốn năng lượng thì nhiệt sinh ra khi phanh
có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống phanh, làm giảm tuổi thọ của các chi tiết trong hệ
thống phanh.
Một trong những tính năng giúp xe ơ tơ hybrid tiết kiệm năng lượng là động cơ
điện của xe có thể được điều khiển và hoạt động như một máy phát điện để chuyển động
năng của ô tô thành năng lượng điện nạp cho ắc quy và được tái sử dụng.
Trong quá trình phanh lực phanh tác dụng lên cầu trước sẽ lớn hơn lực phanh tác
dụng lên cầu sau vì vậy nếu thực hiện thu hồi năng lượng trong quá trình phanh ở 1 cầu
thì đặt ở cầu trước sẽ hiệu quả hơn với cầu trước chủ động. Tuy nhiên xe ơ tơ cần bố trí
hệ thống phanh để đảm bảo an tồn vì vậy hệ thống thu hồi năng lượng trên xe hybrid
phải được bố trí để phối hợp hoạt động hiệu quả với hệ thống phanh cơ khí. Để đạt được
mục tiêu đề ra của đề tài luận án cần thực hiện những nội dung chính sau:
- Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết của hệ thống phanh tái tạo năng lượng. Phân tích
các phương án thu hồi và tích trữ năng lượng tái tạo khi phanh các nghiên cứu trước từ đó
đề ra mơ hình nghiên cứu và thực nghiệm cho đề tài.
- Xây dựng mơ hình tốn và mơ phỏng số các thơng số của bộ thu hồi năng
lượng, sự ảnh hưởng giữa vận tốc đầu quá trình phanh, thời gian phanh, phương pháp
phân phối lực phanh tới năng lượng thu hồi được.
- Nghiên cứu tính tốn, thiết kế các thơng số cho mơ hình thí nghiệm.
- Tối ưu hóa thuật tốn điều khiển phân phối lực phanh.
- Nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển hệ thống cho mơ hình mơ phỏng và thực
nghiệm.
- Thực nghiệm và phân tích các kết quả thực nghiệm.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................... i
TÓM TẮT......................................................................................................................... ii
MỤC LỤC....................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH...............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................................ix
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................................1
1.1
Lí do chọn đề tài......................................................................................................1
1.2
Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................2
1.3
Phạm vi nghiên cứu..................................................................................................2
1.4
Tình hình nghiên cứu...............................................................................................3
1.4.1
Tình hình nghiên cứu trong nước......................................................................3
1.4.2
Tình hình nghiên cứu ngồi nước......................................................................4
1.4.3
Nhận xét............................................................................................................6
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................7
2.1
Khái niệm Ơ tơ Hybrid và phân loại........................................................................7
2.2
Các chế độ làm việc và các kiểu truyền lực Ô tô Hybrid..........................................7
2.2.1
Các giai đoạn làm việc......................................................................................8
2.2.2
Các phương án bố trí cơ bản hệ thống truyền lực..............................................9
2.3
Ý nghĩa việc thu hồi năng lượng q trình phanh của Ơ tơ Hybrid........................14
2.4
Ngun lí thu hồi năng lượng phanh trên ơ tơ Hybrid............................................15
2.5
Các phương án thu hồi năng lượng quá trình phanh...............................................17
2.5.1
Các phương án phân bố, điều khiển lực phanh thu hồi và phanh cơ khí..........17
2.5.2
Hệ thống thu hồi năng lượng phanh ưu tiên hiệu quả phanh...........................18
2.5.3
Hệ thống thu hồi năng lượng phanh ưu tiên chế độ thu hồi.............................20
2.5.4
Hệ thống thu hồi năng lượng phanh song song................................................23
2.6
Hệ thống thu hồi năng lượng phanh trên Ơ tơ 2003 Toyota Prius II (NHW20) 1.5
VVT-i (113 Hp) Hybrid CVT...........................................................................................25
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG
LƯỢNG PHANH TRÊN XE Ô TÔ HYBRID..............................................................31
3.1
Mục tiêu thiết kế....................................................................................................31
3.2
Nhiệm vụ thiết kế mơ phỏng..................................................................................31
3.3
Mơ hình tính tốn q trình phanh.........................................................................31
3.4
Tính tốn động lực q trình phanh.......................................................................33
3.4.1
Hệ phương trình vi phân mơ tả q trình phanh ơ tơ khi chuyển động trên
đường thẳng.................................................................................................................33
3.4.2
Tính các lực dọc tại bánh trước Fx1 và bánh sau Fx2.........................................34
3.4.3
Tính tốn momen phanh..................................................................................37
3.5
Tổng quan hệ hệ thống chống bó cứng ABS..........................................................41
3.6
Thuật tốn và năng lượng thu hồi của q trình phanh..........................................45
3.6.1
Thuật tốn điều khiển hệ thống thu hồi năng lượng phanh..............................46
3.6.2
Năng lượng thu hồi trong q trình phanh.......................................................47
3.7
Nhận xét.................................................................................................................48
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG THU HỒI
NĂNG LƯỢNG PHANH...............................................................................................49
4.1
Tính tốn, mơ phỏng hệ thống bằng phần mềm Matlab – Simulink.......................49
4.1.1
Mơ hình tính tốn vận tốc, gia tốc, qng đường phanh..................................49
4.1.2
Mơ hình tính lực và theo cơng thức Dugoff cải tiến.......................................50
4.1.3
Mơ hình controller ở cầu trước và cầu sau......................................................56
4.1.4
Mơ hình tính mơ men phanh thu hồi...............................................................63
4.2
Thơng số tính tốn..................................................................................................66
4.3
Khảo nghiệm và đánh giá.......................................................................................68
4.4
Kết luận.................................................................................................................. 76
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................78
5.1
Kết luận..................................................................................................................78
5.2
Kiến nghị................................................................................................................ 78
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................79
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
EV: Electric Vehicle
HEV: Hybrid Electric Vehicle
ICE: Internal Combustion Engine
RBS: Regenerative Brake System
HLA: Hydraulic Launch Assist
HHV: Hydraulic Hybrid Vehicle
HRBS: Hydraulic Regenerative System
MHEV: Mild Hybrid Electric Vehicle
PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle
REX: Range Extender Hybrid
ABS: Anti-lock Braking System
HV Battery: High Volt Battery
DANH MỤC CÁC HÌ
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống HLA trên xe thu gom rác của tập đoàn Eaton (nguồn [4]).......4
Hình 1.2: Sơ đồ bố trí hệ thống HRB cùng hệ thống truyền lực trên xe thu gom rác của
Bosch Rexroth group (nguồn [6])....................................................................................5Y
Hình 2.1: Các giai đoạn làm việc của xe Hybrid...............................................................8
Hình 2.2: Các kiểu truyền lực Hybrid..............................................................................10
Hình 2.3: Kiểu ơ tơ Hybrid truyền lực nối tiếp................................................................11
Hình 2.4: Ơ tơ Hybrid kiểu truyền lực song song.............................................................11
Hình 2.5: Ơ tơ Hybrid kiểu truyền lực hỗn hợp...............................................................12
Hình 2.6: Quan hệ năng lượng phanh và tốc độ khi chạy trong thành phố.....................15
Hình 2.7: Đặc tính mơ men phanh của động cơ điện.......................................................16
Hình 2.8: Đường phân bố lực phanh lý tưởng cầu trước và cấu sau..............................17
Hình 2.9: Giản đồ phân phối lực phanh bánh trước và bánh sau hệ thống phanh thu hồi
ưu tiên hiệu quả phanh [14] [15]....................................................................................18
Hình 2.10: Thuật tốn điều khiển ưu tiên hệ thống phanh...............................................19
Hình 2.11: Giản đồ phân phối lực phanh bánh trước và bánh sau hệ thống phanh thu hồi
lực phanh ưu tiên chế độ thu hồi .....................................................................................21
Hình 2.12: Sơ đồ thuật tốn điều khiển ưu tiên thu hồi năng lượng................................22
Hình 2.13: Giản đồ phân phối lực phanh trước và bánh sau hệ thống phanh thu hồi lực
phanh song song..............................................................................................................23
Hình 2.14: Sơ đồ tht tốn điều khiển hệ thống phanh song song.................................24
Hình 2.15: Các phương án phân bố lực phanh thu hồi và phanh cơ khí..........................25
Hình 2.16: Sơ độ hệ thống truyền lực trên xe Hybrid......................................................26
Hình 2.17: Động cơ điện của hệ thống thu hồi lực phanh...............................................26
Hình 2.18: Đặc tính động cơ điện trên xe Toyota Prius..................................................27
Hình 2.19: Màn hình hiển thị trên bảng điều khiển.........................................................28
Hình 2.20: Bộ chuyển đổi điện........................................................................................28
Hình 2.21: Hệ thống điều khiển thu hồi năng lượng phanh Toyota Prius. 3
Hình 3.1: Mơ hình tính tốn q trình phanh ơ tơ trên đường thẳng...............................32
Hình 3.2: Phân tích các vector vận tốc............................................................................35
Hình 3.3: Sơ đồ thuật tốn tính lực dọc theo mơ hình Dugoff.........................................37
Hình 3.4: Sơ đồ tính tốn cơ cấu phanh guốc..................................................................38
Hình 3.5: Đặc tính động cơ điện xoay chiều....................................................................40
Hình 3.6: Quan hệ giữa Kv vận tốc của Ơ tơ...................................................................41
Hình 3.7: Quan hệ giữa hệ số Ksoc và % SOC..................................................................41
Hình 3.8: Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi
phanh có ABS................................................................................................................... 43
Hình 3.9: Sự thay đổi tốc độ góc ωb của bánh xe, vận tốc v, độ trượt λ theo thời gian t.. 44
Hình 3.10: Thuật tốn điều khiển ABS.............................................................................45
Hình 3.11: Thuật tốn điều khiển quá trình thu hồi năng lượng phanh.
4
Hình 4.1: Mơ hình tính vận tốc, gia tốc, quãng đường phanh.........................................49
Hình 4.2: Mơ hình tính lực cản khơng khí ......................................................................50
Hình 4.3: Mơ hình tính ...................................................................................................51
Hình 4.4: Mơ hình tính trong mơ hình tính ....................................................................52
Hình 4.5: Mơ hình tính trong mơ hình tính ....................................................................52
Hình 4.6: Mơ hình tính hệ số f(z1)...................................................................................52
Hình 4.7: Mơ hình tính hệ số muy1..................................................................................53
Hình 4.8: Mơ hình tính phản lực mặt đường tác dụng vào bánh xe trước ......................53
Hình 4.9: Mơ hình tính ..................................................................................................54
Hình 4.10: Mơ hình tính trong mơ hình tính ..................................................................55
Hình 4.11: Mơ hình tính trong mơ hình tính ..................................................................55
Hình 4.12: Mơ hình tính f(z2)..........................................................................................55
Hình 4.13: Mơ hình tính hệ số muy2................................................................................56
Hình 4.14: Mơ hình tính phản lực mặt đường tác dụng vào bánh xe sau .......................56
Hình 4.15: Mơ hình tính tốn momen phanh và độ trượt bánh trước..............................57
Hình 4.16: Mơ hình khối Braking Torque Distribution....................................................57
Hình 4.17: Mơ hình khối ResetTime.................................................................................59
Hình 4.18: Mơ hình khối Condition.................................................................................59
Hình 4.19: Mơ hình tính lamda1......................................................................................60
Hình 4.20: Mơ hình controller ABS.................................................................................60
Hình 4.21: Mơ hình khối Brake Actuator Model..............................................................61
Hình 4.22: Mơ hình mơ men phanh và độ trượt bánh sau...............................................62
Hình 4.23: Mơ hình tính lamda2......................................................................................62
Hình 4.24: Mơ hình tính mơ men phanh thu hồi..............................................................63
Hình 4.25: Mơ hình tính tốn momen động cơ điện.........................................................64
Hình 4.26: Mơ hình hệ số ...............................................................................................65
Hình 4.27: Độ thị hệ số ...................................................................................................65
Hình 4.28: Đồ thị hệ số ...................................................................................................66
Hình 4.29: Mơ hình tính giá trị .......................................................................................66
Hình 4.30: Mơ hình điều khiển chương trình...................................................................66
Hình 4.31: Đồ thị quãng đường phanh, vận tốc phanh của xe jyc = 2 m/s2 TH1...............68
Hình 4.32: Đồ thị quãng đường phanh, vận tốc phanh của xe jyc = 2 m/s2.......................69
Hình 4.33: Đồ thị năng lượng và công suất của cả hệ thống phanh khi jyc = 2 m/s2........69
Hình 4.34: Đồ thị cơng và cơng suất thu hồi của hệ thống thu hồi năng lượng khi jyc = 2
m/s2.................................................................................................................................. 70
Hình 4.35: Đồ thị momen phanh cầu trước và cầu sau của xe khi jyc = 2 m/s2.................71
Hình 4.36: Đồ thị quãng đường vận tốc phanh của xe khi jyc = 4 m/s2 (TH3)..................72
Hình 4.37: Đồ thị momen phanh cầu trước và cầu sau của xe khi jyc = 4 m/s2 (TH3)......73
Hình 4.38: Đồ thị quãng đường phanh và vận tốc phanh của xe với jyc = 4 m/s2 (TH4).. 74
Hình 4.39: Đồ thị momen phanh cầu trước và cầu sau của xe với jyc = 4 m/s2 (TH4)......75
Hình 4.40: Đồ thị năng lượng và cơng suất của cả hệ thống phanh khi jyc = 4 m/s2 (TH4).
......................................................................................................................................... 75
Hình 4.41: Đồ thị cơng và cơng suất thu hồi của hệ thống thu hồi năng lượng (TH4)....76
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Thơng số tính tốn trên xe Ơ tơ Toyota Prius II 2003 (NHW20) 1.5 VVT-i (113
Hp) Hybrid CVT []..........................................................................................................66
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1
Lí do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển vượt bậc của thế giới trong tất cả các lĩnh vực. Từ khoa
học – công nghệ, y học….Các phương tiện giao thông giúp con người đi lại, vận chuyển
cũng không ngừng phát triển. Các phương tiện hoạt động bằng động cơ đốt trong đã mở
ra một thời kì mới trong sự phát triển của nhân loại, nhưng bên cạnh đó nó cũng mang lại
nhiều hệ lụy như việc cạn kiệt các nguồn nhiên liệu hóa thạch đã hình thành trong hàng
triệu năm, và đặc biệt là gây ô nghiễm mơi trường một cách nghiêm trọng. Theo tập đồn
dầu khí BP của Anh đánh giá [1] với tốc độ khai thác dầu mỏ như năm 2016 thì trữ lượng
dầu mỏ dầu mỏ trên thế giới chỉ còn đủ khai thác khoảng thời gian 50 năm nữa, điều này
cảnh báo chúng ta về sự cạn kiệt nguồn năng về sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hoá thạch
và nhân loại phải khẩn trương tìm và tận dụng cũng như khai thác các nguồn năng lượng
khác thay thế để tồn tại và phát triển bền vững và đây cũng đang là những vấn đề mang
tính tồn cầu. Vì vậy, các nước trên tồn thế giới nói chung và các hãng xe nói riêng đã
và đang không ngừng phát triển đưa ra các biện pháp giúp giảm các vấn đề trên, một
trong những giải pháp hiệu quả nhất là cho ra đời các phương tiện chạy bằng điện thay vì
nhiên liệu hóa thạch như: xe điện (EV: Electric vehicle), xe lai điện (HEV: Hybrid
electric vehicle). Xe lai điện là xe sử dụng hai nguồn động lực: một động cơ đốt trong
(Internal Combustion Engine: ICE) và một thiết bị tích trữ năng lượng thì được gọi là hệ
thống Hybrid. Hiện nay, hệ thống xe hybrid kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ
điện được sử dụng khá phổ biến. Một trong những yếu tố giúp xe hybrid tiết kiệm năng
lượng hơn các loại xe khác đó chính là khả năng có thể tái tạo năng lượng khi xe giảm
tốc thông qua hệ thống phanh tái sinh (RBS: Regenerative Brake System).
Hệ thống phanh trên ơ tơ là một hệ thống an tồn. Q trình phanh là q trình
chuyển hóa năng lượng từ cơ năng thành nhiệt năng tại các cơ cấu phanh. Quá trình
chuyển hóa này làm tổn hao năng lượng động năng mà xe ô tô phải tiêu tốn một lượng
nhiên liệu nhất định mới đạt được. Đã có nghiên cứu chỉ ra rằng: Một chiếc xe ô tô khối
lượng bản thân 1000 (kg) đang di chuyển với vận tốc 50 km/h, sử dụng hệ thống phanh
cơ khí thơng thường để giảm tốc xuống cịn 20km/h thì giá trị năng lượng tiêu hao được
tính theo cơng thức: = sẽ là 39,5 kJ. Như phép tính trên thì một lượng năng lượng khá
lớn đã bị tiêu hao do khi phanh thì năng lượng này sẽ chuyển hoá thành nhiệt năng ở cơ
cấu phanh và thất thốt ra mơi trường. Thay vì để nguồn năng lượng đó tiêu hao một cách
phí như vậy thì tại sao chúng ta khơng thu hồi nó? Giả sử thu hồi lại được 25% năng
lượng đó tức là 9.8kJ thì năng lượng này đủ gia tốc chiếc xe đó lên tốc độ từ 0 đến 16
km/h. Như ví dụ đã nêu ở trên, ta thấy từ sự tiêu hao vơ ích đã trở nên có lợi cho Ơ tô
cũng như người sử dụng ô tô. Tuy nhiên, trong một số trường hợp phanh khẩn cấp, phanh
tái sinh không đáp được vì mơmen cần thiết khi phanh khẩn cấp lớn hơn rất nhiều sơ với
mô men phanh động cơ bởi vậy hệ thống phanh cơ khí vẫn được sử dụng mặc dù năng
lượng tiêu tán này là không hề nhỏ. Nhưng khơng vì thế mà phủ nhận những ưu điểm mà
hệ thống phanh tái sinh RBS mang lại như thu hồi để tái sử dụng lại năng lượng quán tính
của xe trong q trình phanh hoặc giảm tốc, giúp tiết kiệm nhiên liệu và tăng tuổi thọ cho
cơ cấu phanh. Đó là lý do vì sao nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “MatlabSimulink Regenerative Brake System” tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM,
dưới sự hướng dẫn của Thầy
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:
- Nguyên cứu ý nghĩa của việc thu hồi một phần năng lượng trong quá trình
phanh của ơ tơ Hybrid.
- Phân tích các phương án thu hồi một phần năng lượng của quá trình phanh.
- Xây dựng mơ hình tính tốn, mơ phỏng và đánh giá hiệu quả thu hồi năng
lượng phanh.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung nghiên cứu ý nghĩa của việc thu hồi một phần năng
lượng trong quá trình phanh hoặc xe đang giảm tốc của Ơ tơ Hybrid. Phân tích các
phương án thu hồi một phần năng lượng của q trình phanh. Xây dựng mơ hình tính
tốn và đánh giá hiệu quả thu hồi năng lượng phanh. Năng lượng này được dựa trên sự
kết hợp giữa các thiết bị thu hồi và tích trữ năng. Trong đó ắc quy là thiết bị tích trữ dưới
dạng điện năng thơng qua máy phát điện biến cơ năng thành điện năng, đây là sự phối
hợp giữa các kiểu tích trữ năng lượng dạng cơ điện được ứng dụng trên các xe ô tơ có
kiểu hệ thống truyền lực truyền thống mà các nghiên cứu trước đây chưa thực hiện được.
Nhận thấy trên xe Ơ tơ Hybrid có rất nhiều ưu điểm trong đó có một tính năng
thu hồi 1 phần năng lượng quá trình phanh nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu và ơ nhiễm mơi
trường. Vì vậy nhóm em chọn phạm vi nghiên cứu đồ án đó là mơ phỏng hệ thống thu
hồi năng lượng dựa trên đối tượng nghiên cứu là xe Toyota Prius.
1.4
Tình hình nghiên cứu
Theo các kết quả nghiên cứu được công bố trong nước ta nói riêng và trên thế
giới nói chung thì những nghiên cứu về hệ thống phanh thu hồi năng lượng được tập
trung vào các hướng như tính tốn, mô phỏng năng lượng thu hồi khi phanh; sự phân
phối lực phanh giữa hệ thống phanh tái sinh và hệ thống phanh cơ khí; nghiên cứu các
thuật tốn điều khiển hệ thống phanh tái sinh; nghiên cứu về vấn đề quản lí năng lượng
phanh tái sinh… được ứng dụng trên các kiểu xe khác nhau như: xe điện EV, xe lai điện
HEV và xe sử dụng động cơ đốt trong thuần tuý có hệ thống truyền lực kiểu truyền
thống.
Dưới đây, nhóm chúng em sẽ đưa ra một số nghiên cứu đã góp cơng rất lớn trong
sự phát triển của cơng nghệ phanh tái sinh:
1.4.1
Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở trong nước, đã có nhiều đề tài nghiên cứu về xe Hybrid như hệ thống truyền
lực hoặc ắc quy nhưng chưa có nhiều đề tài nào nghiên cứu về các phương án thu hồi
năng lượng trong quá trình phanh. Dưới đây các nghiên cứu tiêu biểu ở nước ta:
Nhóm tác giả gồm: Phạm Văn Dương, Lê Văn Tuỵ, Phạm Quốc Thái, Đại học
Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng đã trình bày một đề tài nghiên cứu có đề: “Thiết kế hệ
thống tái sinh năng lượng tận dụng quán tính của ô tô hybrid bốn chỗ” tại Hội nghị Sinh
viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 6 năm 2008 tại Đại học Đà Nẵng . Nhóm tác giả đã
thiết kế một hệ thống thu hồi năng lượng động năng của xe bằng cách tận dụng năng
lượng quán tính dư thừa để kéo bánh đà, mơ men qn tính của bánh đà dùng để kéo máy
phát điện cung cấp điện nạp lại cho ắc quy trên xe.[2]
Luận án tiến sĩ của ThS Dương Tuấn Tùng có đề là: “nghiên cứu nâng cao hiệu
quả thu hồi năng lượng của hệ thống phanh tái sinh trên ơ tơ” đã xây dựng và tính tốn
thiết kế được bộ thu hồi năng lượng cho mơ hình thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả
của hệ thống. Thử nghiệm trên các chu trình khác nhau và đã đưa ra được kết quả là tỷ lệ
tiêu hao nhiên liệu của xe có trang bị thêm hệ thống thu hồi năng lượng khi phanh sau khi
tối ưu được cải thiện từ 10,49% đến 24,44%.[3]
