Nghiên cứu, ứng dụng advisor trong việc tính toán suất tiêu hao nhiên liệu trên ô tô (Đề tài NCKH)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.15 MB, 67 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ADVISOR TRONG
VIỆC TÍNH TỐN SUẤT TIÊU HAO NHIÊN
LIỆU TRÊN Ô TÔ
Mã số: T2013-77
Chủ nhiệm đề tài: TS. Lý Vĩnh Đạt
TP. HCM, Tháng 11 năm 2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ CKĐ
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ADVISOR TRONG
VIỆC TÍNH TỐN SUẤT TIÊU HAO NHIÊN
LIỆU TRÊN Ô TÔ
Mã số: T2013-77
Chủ nhiệm đề tài: TS. Lý Vĩnh Đạt
TP. HCM, Tháng 11 Năm 2013
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
......................................................................................... 6
I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ
TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC ............................................................................ 8
II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI........................................................................... 8
III. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................... 8
IV CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI ..................................................................................... 9
V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................... 9
VI. PHẠM VI NGHIÊN CỨU: .................................................................................... 9
VII. QUY TRÌNH THỰC HIỆN .................................................................................. 9
VIII. NỘI DUNG
......................................................................................... 9
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC THÔNG SỐ VỀ HIỆU SUẤT TIÊU HAO
NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG ..................................................................... 10
1.Hiệu suất lý thuyết ηt: ....................................................................................... 10
2. Hiệu suất chỉ thị ηi:
....................................................................................... 11
3. Hiệu suất cơ học
....................................................................................... 11
4. Hiệu suất có ích
....................................................................................... 12
5. Hiệu suất làm việc của động cơ xăng ................................................................ 12
CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU PHÂN MỀM ADVISOR ............................................ 14
1. Giới thiệu phần mềm ADVISOR ......................................................................... 14
2. Cấu trúc phần mềm
....................................................................................... 15
3 Giới thiệu mơ hình hệ thống truyền lực ............................................................... 18
4, Giao diện cơ bản của Advisor............................................................................... 25
CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG ADVISOR TRONG VIỆC TÍNH TỐN SUẤT
TIÊU HAO NHIÊN LIỆU TRÊN Ô TÔ ................................................................... 39
1. Khái quát về các chu trình thử nghiệm (driving cycle) ..................................... 39
2. Ứng dụng Advisor tính tốn một số ơ tơ trên chu trình thử nghiệm cụ thể .... 47
2.1 Dòng xe Toyota Prius (VEH_PRIUS_JPN) theo chu trình thử nghiệm của
Hoa Kỳ (CYC_FTP):
....................................................................................... 47
2.2 Dịng xe Toyota Prius (VEH_PRIUS_JPN) theo chu trình thử nghiệm của
Châu Âu (CYC_NEDC)
....................................................................................... 51
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 1
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
2.3 Dòng xe Focus (VEH_FOCUS) theo chu trình thử nghiệm của Hoa Kỳ
(CYC_FTP):
....................................................................................... 54
2.4 Dịng xe Focus (VEH_FOCUS) theo chu trình thử nghiệm của Châu Âu
(CYC_NEDC):
....................................................................................... 55
KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ
....................................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
....................................................................................... 57
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 2
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ
ĐƠN VỊ PHỐI HỢP THỰC HIỆN
Chủ nhiệm đề tài: TS. Lý Vĩnh Đạt
Đơn vị phối hợp thực hiện: Bộ mơn Động cơ, khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học
Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 3
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
BM 08TĐ. Thông tin kết quả nghiên cứu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
ĐƠN VỊ CKĐ
Tp. HCM, Ngày
tháng
năm
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng Advisor trong việc tính tốn suất tiêu hao
nhiên liệu trên ơ tơ
- Mã số: T2013-77
- Chủ nhiệm: TS. Lý Vĩnh Đạt
- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: từ tháng 12 năm 2012 đến tháng 12 năm 2013
2. Mục tiêu:
Nghiên cứu, ứng dụng Advisor trong việc tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu trên ơ tơ
góp phần nâng cao kiến thức cho sinh viên chuyên ngành ô tô trong việc ứng dụng các
phần mềm mơ phỏng tính tốn trên ơ tơ.
3. Tính mới và sáng tạo:
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Advisor trong tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
ứng với các chu trình thử nghiệm lái xe tiên tiến và thông dụng đối với một số loại xe
cụ thể. Việc ứng dụng phần mềm mô phỏng chuyên ngành để tính tốn tiêu hao nhiên
liệu trên ơ tơ đã giải quyết vấn đề tiết kiệm thời gian, công sức và tiền bạc. Qua đó giúp
sinh viên và người nghiên cứu chuyên ngành có cơ sở để đánh giá cải tiến động cơ
nhằm nâng cao hiệu suất trên xe.
4. Kết quả nghiên cứu:
Đề tài đã khái quát phần mềm advisor, giới thiệu các chu trình thử nghiệm lái xe
theo tiêu chuẩn của Hoa Kỳ và Châu Âu. Đồng thời, đề tài đã ứng dụng phần mềm
Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu và khí xả cho một số xe như Toyota Prius và
Ford Focus được thực hiện trên các chu trình thử nghiệm lái xe như FTP và NEDC
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 4
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
5. Sản phẩm:
Thuyết minh đề tài
6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
Nâng cao chất lượng, hiệu quả giảng dạy và học tập nguyên lý động cơ đốt trong và
thử nghiệm trên ô tô.
Phƣơng thức chyển giao kết quả nghiên cứu: Thông qua trung tâm chuyển giao
công nghệ trường ĐHSPKT
Trƣởng Đơn vị
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)
(ký, họ và tên)
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính toán suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 5
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
BM 09TĐ. Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Researching, applying Advisor software in estimating fuel consumption
in vehicle
Code number: T2013 - 77
Coordinator: Ly Vinh Dat, PhD
Implementing institution: University of Technical Education, Hochiminh City
Duration: from December, 2012
to December, 2013
2. Objective(s):
Researching, applying Advisor software in calculating fuel consumption in vehicle that
help the improving automotive knowledge for undergraduate student. The study also
contributes the applying software in simulating and estimating the various components in
vehicle
3. Creativeness and innovativeness:
Researching, applying Advisor software in calculating fuel consumption and emissions
for specific vehicles corresponding to commonly and typically driving cycles. The applying of
software in calculating fuel consumption in vehicle has solved the issues such as time, cost
and manpower savings, etc. This lets researchers be able to evaluate engine improving for
enhancing efficiency in vehicles.
4. Research results:
Study has summarized advisor software and has introduced the driving cycles of America
and European Standards. In additional, this study has applied Advisor software that estimates
fuel consumption and emissions for various vehicles such Toyota Prius and Ford Focus and
this calculating have been performed for driving cycles as FTP and NEDC.
5. Products:
A guideline for research result
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
Enhance quality and efficiency in studying and teaching for internal combustion
engine principle and vehicle testing courses.
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 6
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. Sơ đồ khối cấu trúc phần mềm ADVISOR
Hình 2. Cấu tạo hệ thống truyền lực thơng thƣờng.
Hình 3. Hệ thống truyền lực nối tiếp
Hình 4. Hệ thống truyền động song song
Hình 5. Hệ thống truyền động song song khởi động/máy phát.
Hình 6. Hệ thống truyền lực tế bào nhiên liệu
Hình 7. Hệ thống truyền lực xe điện (EV)
Hình 8. Hệ thống truyền động trên xe Prius
Hình 9. Mơ hình hệ thống truyền lực trong Advisor.
Hình 10. Mơ hình mơ phỏng chƣơng trình trong Advisor
Hình 11 . Các biến tín hiệu đầu vào của Advisor
Hình 12. Quy trình kiểm tra xe trong Advisor
Hình 13 . Các kết quả đầu ra trong Advisor
Hình 14. Biểu đồ chu trình thử nghiệm FTP-175 trong thành phố
Hình 15. Biểu đồ chu trình thử nghiệm HWFET trên đƣờng cao tốc
Hình 16. Chu kỳ thử nghiệm lái xe đô thị, lặp lại 4 lần, đƣợc vẽ từ 0s đến 780s, chu
kỳ EUDC đƣợc vẽ từ 780s đến 1180s
Hình 17. Chu kỳ thử nghiệm lái xe UDC và EUDC
Hình 18. Các thơng số đầu vào của xe Toyota Prius theo chu trinh FTP 175
Hình 19. Chọn đầu vào xe Prius
Hình 20. Chọn loại xe Toyota Prius.
Hình 21. Các thơng số lựa chọn đối với chu trình thử nghiệm
Hình 22. Thiết lập chu trình FTP
Hình 23. Kết quả tính tốn xe Toyota Prius theo chu trình FTP
Hình 24. Lựa chọn các thơng số xe theo chu trình NEDC
Hình 25. Thiết lập chu trình thử nghiệm
Hình 26. Kết quả tính tốn xe Toyota Prius (VEH_PRIUS_JPN) theo chuẩn của
châu Âu (CYC_NEDC).
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 7
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
Hình 27. Kết quả tính tốn xe Focus (VEH_FOCUS), theo chuẩn của Hoa Kỳ
(CYC_FTP).
Hình 28. Kết quả tính tốn xe Focus (VEH_FOCUS) theo chuẩn của châu Âu
(CYC_NEDC).
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 8
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
MỞ ĐẦU
I.
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA
ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGỒI NƢỚC
Các phần mềm khác nhau để tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu trên động cơ đã được
phát triển. Tuy nhiên việc hệ thống và xây dựng cơ sở dữ liệu vẫn cịn đang hồn thiện,
được giữ bí mật, hoặc có tính thương mại cao.
Việc tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu dựa chủ yếu vào lý thuyết và thực nhiệm vì
thế rất khó tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu, đòi hỏi nhiều thời gian và tiền bạc cho
việc thực nghiệm các chu trình thử nghiệm khác nhau trên xe. Việc tính tốn suất tiêu
hao nhiên liệu bằng ứng dụng phần mềm Advisor hầu như chưa được triển khai và thực
hiện trong nước
II.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu là tiêu chí đánh giá quan trọng trên xe. Suất tiêu
hao nhiên liệu được tính tốn, mơ phỏng trên các chu trình thử nghiệm thực sẽ giúp cho
các kỹ sư và người nghiên cứu làm cơ sở để đánh giá cải tiến động cơ nhằm nâng cao
hiệu suất trên xe. Hiện nay, mục đích chính cùa việc cải tiến động cơ là nâng cao cơng
suất, giảm lượng khí xả ơ nhiễm và giảm suất tiêu hao nhiên liệu trên xe. Vì thế, việc
sử dụng phần mềm Advisor để tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu vừa tiết kiệm thời
gian, công sức, tiền bạc là rất cần thiết.
Với mong muốn đó, người nghiên cứu quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu,
ứng dụng Advisor trong việc tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu trên ô tô”
Qua đề tài này có thể giúp cho sinh viên trong quá trình học tập chuyên ngành tại
khoa CKĐ- ĐHSPKT TPHCM có nền tảng kiến thức để ứng dụng các phần mềm trong
mơ phỏng, tính tốn trong ơ tơ.
III.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nghiên cứu, ứng dụng Advisor trong việc tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu trên ơ
tơ góp phần nâng cao kiến thức cho sinh viên chuyên ngành ô tơ trong việc ứng dụng
các phần mềm mơ phỏng tính tốn trên ơ tơ.
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 9
Đề tài NCKH cấp trường
IV.
Lý Vĩnh Đạt
CÁCH TIẾP CẬN
Thông qua nhu cầu cung cấp kiến thức học tập cho sinh viên ngành cơ khí ơtơ,
thơng qua việc ứng dụng cơng nghệ tin học vào chuyên ngành ô tô.
Thông qua các yếu tố sư phạm và khoa học trong giảng dạy nhằm đảm bảo hiệu
quả trao đổi kiến thức là hiệu quả nhất.
V.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Phương pháp mơ phỏng
- Phương pháp phân tích đánh giá kết quả
VI.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu cho một số xe như Toyota Prius và Ford Focus
được thực hiện trên các chu trình thử nghiệm lái xe thông dụng và phổ biến như FTP
và NEDC.
VII.
QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
− Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu.
− Nghiên cứu lý thuyết các chu trình thử nghiệm lái xe trên ô tô.
− Nghiên cứu phần mềm Advisor.
− Mô phỏng, tính toán suất tiêu hao nhiên liệu ứng với các chu trình thử nghiệm
lái xe khác nhau cho các xe khác nhau.
VIII.
NỘI DUNG
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 10
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC THÔNG SỐ VỀ HIỆU SUẤT
TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG
Các thơng số tính năng của động cơ dùng để biểu đạt khả năng làm việc và hiệu quả
làm việc của động cơ xăng. Có thể dùng các thơng số sau đây gọi chung là các thơng
số tính năng về hiệu suất của động cơ xăng.
Trong tổng số nhiệt năng đưa vào động cơ, chỉ có một phần được biến thành cơ
năng có ích, phần cịn lại bị tổn thất ở những công đoạn khác nhau trong quá trình
biến đổi. Hiệu suất là đại lượng được sử dụng để đánh giá hiệu quả biến đổi nhiệt năng
thành cơ năng của động cơ. Để đánh giá mức độ tổn thất trong từng cơngđoạn của q
trình biến đổi năng lượng, người ta đưa ra các khái niệm hiệu suất sau đây: hiệu suất
lý thuyết, hiệu suất chỉ thị, hiệu suất cơ học, hiệu suất có ích.
1. Hiệu suất lý thuyết ηt:
Là hiệu suất của chu trình lý thuyết. Chu trình lý thuyết hay chu trình lý tưởng của
động cơ xăng là chu trình nhiệt động được xây dựng trên cơ sở hàng loạt q trình đơn
giản hố các q trình nhiệt động diễn ra trong không gian công tác của động cơ xăng.
Mức độ đơn giản hoá được lựa chọn tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu. Ví dụ: có thể
giả định mơi chất cơng tác là khí lý tưởng với nhiệt dung riêng hằng số hoặc là khơng
khí với nhiệt dung riêng phụ thuộc vào thành phần của sản phẩm cháy; q trình cháy
thực tế có thể thay bằng q trình cấp nhiệt từ một nguồn nóng bên ngồi động cơ hoặc
thay bằng quá trình cháy được thực hiện trong những điều kiện lý tưởng hoá.
Nếu giả định như sau:
-
Mơi chất cơng tác là khơng khí.
-
Q trình nén và dãn nở là những quá trình đoạn nhiệt.
-
Quá trình cháy ở động cơ xăng - một quá trình cháy diễn ra trong điều kiện
đẳng tích và phần cịn lại diễn ra trong điều kiện đẳng áp.
-
Quá trình xả diễn ra trong điều kiện đẳng tích.
-
Bỏ qua mọi dạng tổn thất do ma sát, lọt khí, bức xạ,v.v…
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 11
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
Hiệu suất lý thuyết của động cơ xăng xác định bằng công thức sau:
ηt=
=
=
( 1.1)
Trong đó:
Lt - cơng do mơi chất tạo ra trong một chu trình (J/chu trình);
Q1- nhiệt do nguồn nóng cấp cho mơi chất trong một chu trình (J/chu trình);
Q2 - nhiệt do môi chất nhả ra cho nguồn lạnh trong một chu trình ( J/chu trình).
2. Hiệu suất chỉ thị ηi:
Là hiệu suất nhiệt của chu trình nhiệt động thực tế. Hiệu suất nhiệt được tính theo
cơng thức sau:
ηi =
= 1-
=
(1.2)
Đại lượng đánh giá mức độ hoàn thiện động cơ về phương diện nhiệt động. Chúng
khác nhau ở chỗ, trong hiệu suất chỉ thị người ta đã tính đến tất cả các dạng tổn thất
nhiệt năng có thể tồn tại khi thực hiện một chu trình nhiệt động ở động cơ thực, còn
hiệu suất lý thuyết chỉ bao
Hàm một dạng tổn thất nhiệt năng là nhiệt năng phải truyền cho nguồn lạnh để có
thể thực hiện một chu trình nhiệt động lực. Biến đổi công thức (1.2) sẽ được:
ηi =
=
Đại lượng ηt-1=
= ηt. ηt-1
(1.3)
được gọi là hệ số diện tích đồ thị cơng, nó đặc trưng
cho mức độ khác nhau giữa đồ thị công chỉ thị và đồ thị công lý thuyết.
3. Hiệu suất cơ học ηm
Là đại lượng đánh giá mức độ tổn thất cơ học trong động cơ, tức là đánh giá mức độ
hoàn thiện động cơ về mặt cơ học. Nó được xác định bằng cơng thức.
ηm =
= 1-
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
(1.4)
Trang 12
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
Hiệu suất cơ học chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố cấu tạo và vận hành khác
nhau. Ví dụ như
- Vật liệu chế tạo.
- Chất lượng thiết kế, chế tạo và lắp ráp.
- Chất bôi trơn và chế độ bôi trơn.
- Tỷ số nén, tốc độ, tải,v.v…
4. Hiệu suất có ích ηe:
Hiệu suất có ích là tỷ số giữa nhiệt lượng chuyển thành cơng có ích chia cho nhiệt
lượng cấp cho động cơ, do nhiên liệu đốt cháy bên trong xilanh tạo ra. Hai loại nhiệt
lượng trên cần được xác định trong cùng một khoảng thời gian. Ví dụ: một giây.Nhiệt
lượng chuyển thành cơng có ích, chính là cơng suất có ích Ne. Còn nhiệt lượng
cấp cho động cơ do nhiên liệu đốt cháy bên trong xi lanh tạo ra.
ηe=
(1.5)
Trong đó:
Ne - cơng suất có ích (kW);
Gnl - lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giây (kg/s);
Qtk - nhiệt trị thấp của một kg nhiên liệu (J/kg).
5. Suất tiêu thụ nhiên liệu ge:
Hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng của động cơ xăng cũng đồng nghĩa với
khái niệm "tính tiết kiệm nhiên liệu" của nó. Trong thực tế khai thác, người ta ít dùng
hiệu suất mà thường dùng đại lượng thể hiện lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để
đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu. Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ trong một
đơn vị thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ Ge. Lượng nhiên liệu do
động cơ tiêu thụ để sinh ra một đơn vị cơng suất có ích trong một đơn vị thời gian
được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích (gọi tắt là suất tiêu thụ nhiên liệu).
ge=
(1.6)
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 13
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
Trong đó:
ge - suất tiêu thụ nhiên liệu (kg/W.s);
Gnl - lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giây (kg/s);
Ne - cơng suất có ích (kW).
6. Cƣờng độ làm việc của động cơ xăng:
Cường độ làm việc của động cơ xăng có thể đánh giá bằng nhiều thông số khác
nhau. Dùng đại lượng công suất lít để đánh giá cường độ làm việc của động cơ.
Cơng suất lít NL là tỷ số giữa cơng suất quy định của động cơ và tổng thể tích cơng
tác i.Vh đo bằng lít của động cơ:
Nl=
Thay Ne =
(kw/l)
(1.7)
vào (1.7) ta được:
Nl=
(kw/l)
(1.8)
Trong bốn chỉ tiêu động lực của động cơ: Ne, Me, NL, pe thì Ne và Me thể hiện cơng
suất và momen quay của động cơ xăng, cịn Ne ,pe phản ánh cơng suất và momen
quy về một lít thể tích cơng tác của xilanh. Do đó, Pe phản ánh mức độ cường hoá về
tải lượng (lượng nhiên liệu cấp cho chu trình), cịn NL phản ánh mức độ cường hoá cả
về tải và về tốc độ quay (n) của động cơ.
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 14
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU PHÂN MỀM ADVISOR
1. Giới thiệu phần mềm ADVISOR:
ADVISOR được thiết kế và sử dụng đầu tiên vào tháng 11năm 1994. Kể từ đó, nó
đã được hiệu chỉnh khi cần thiết để giúp quản lý các hệ thống truyền lực trong cá xe
Hybrid của cơ quan năng lượng Hoa Kỳ (US DOE). Đến tháng Giêng năm 1998 là
một nỗ lực phát triển phối hợp thực hiện để sắp xếp và bổ sung các dữ liệu trong
ADVISOR. Kể từ đó, hơn 4500 cá nhân đã tải về một hoặc nhiều phiên bản của
ADVISOR, bao gồm tất cả các nhà sản xuất OEM và các nhà cung cấp lớn. Khoảng
2/3 số người sử dụng là từ ngành công nghiệp và 1/3 các trường đại học. Một danh
sách của người sử dụng ADVISOR chủ yếu bao gồm: tập đoàn DaimlerChrysler, Ford
Motor, General Motors Corp, Delphi Automotive Systems, công ty Visteon và các viện
nghiên cứu khác … đã sử dụng Advisor để dự đốn cơng suất của ô tô và nghiên cứu
ảnh hưởng của các trạng thái điều khiển đối với việc sử dụng nhiên liệu và khí xả trên
các loại xe truyền thống, hybrid và xe điện ….
ADVISOR là chương trình mơ phỏng xe nâng cao (ADvanced Vehicle SimulatOR)
của phịng thí nghiệm năng lượng thay thế quốc gia của Mỹ (NREL). Advisor là một
tập hợp các mơ hình, dữ liệu, và các tập tin mô tả các trạng thái mô phỏng được sử
dụng bởi Matlab/Simulink. Advisor được thiết kế để phân tích nhanh về hiệu suất và
tính kinh tế nhiên liệu trên các loại xe truyền thống, xe điện và hybrid. ADVISOR cũng
cung cấp sơ đồ cơ bản cho các mô phỏng và phân tích chi tiết của người dung để định
nghĩa các thành phần hệ thống truyền lực, đó là một điểm khởi đầu của việc xác định
các dữ liệu xe và các thuật tốn để từ đó để tận dụng đầy đủ các ưu điểm của các mơ
hình linh hoạt của Simulink và khả năng phân tích của MATLAB.
Các ƣu điểm của Advisor đƣợc sử dụng trong việc mô phỏng trên xe ơ tơ:
-
Ước tính tính kinh tế nhiên liệu của xe mà chưa được xây dựng và thiết lập về
các thông số dữ liệu
-
Biết được cách mà các xe truyền thống, xe hybrid hay xe điện sử dụng hay
tiêu hao năng lượng thông qua hệ thống truyền lực.
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 15
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
-
So sánh khí xả sinh ra trên một số chu kỳ lái xe khác nhau.
-
Đánh giá hiệu quả điều khiển các trạng thái đối với sự chuyển đổi nhiên liệu
của xe hybrid.
-
Tối ưu hóa các tỷ số truyền trong truyền tải để giảm thiểu sử dụng nhiên liệu,
tối đa hóa hiệu suất.
Các mơ hình trong ADVISOR là:
- Các mơ hình trong Advisor chủ yếu là thực nghiệm, dựa trên các mối quan
hệ đầu vào/đầu ra của các thành phần trên hệ thống truyền động mà đo được
trong phịng thí nghiệm.
- Các trạng thái sử dụng trong các mơ hình của Advisor chủ yếu ở trang thái
tĩnh, được sử dụng dữ liệu thu thập được thông qua các thực nghiệm ở trạng
thái ổn định (ví dụ: mơ-men xoắn khơng đổi và tốc độ) và hiệu chỉnh chúng
dưới các ảnh hưởng của các trạng thái chuyển tiếp như quán tính quay của
các thành phần trên hệ thống truyền lực.
2. Cấu trúc phần mềm:
Các tập lệnh đầu vào
Tập tin hoàn chỉnh
của xe
Các tập lệnh đầu ra
Sơ đồ khối
ADVISOR
Chương trình vẽ
đồ thị
Tập tin dữ liệu của
các bộ phận
Chương trình
kiểm tra lỗi
Các lệnh điều khiển
ADVISOR
Hình 1. Sơ đồ khối cấu trúc phần mềm ADVISOR
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 16
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
2.1. Tập tin tƣơng tác và dòng dữ liệu:
Sơ đồ khối trên diễn tả dịng dữ liệu trong hệ thống tập tin ADVISOR. Nó bao gồm
4 dạng chính là:
−
Các lệnh đầu vào: định nghĩa các biến trong không gian làm việc (workspace)
hoặc gọi các tập lệnh đầu vào khác. Một ví dụ là MC_PM32.M.
−
Sơ đồ khối: là các tập tin Simulink trong Matlab mà có chứa các phương trình
được sử dụng để tính tốn các đầu ra như sử dụng nhiên liệu từ các đầu vào
của một bản đồ động cơ. Chúng là những mơ hình. Một ví dụ là
BD_PAR.MDL.
−
Các lệnh đầu ra: cung cấp các thơng tin các đầu ra của mơ hình bằng cách truy
vấn khơng gian làm việc. Nó bao gồm các chương trình vẽ sơ đồ hay các
chuong trình kiểm tra lỗi. chkoutputs.m là một ví dụ.
−
Các lệnh điều khiển có thể xây dựng các đầu vào và xử lý các đầu ra đồng thời.
Ví dụ như giao diện ngưởi dùng (GUI) của ADVISOR và các chương trình tối
ưu hóa.
2.2. Vị trí tập tin:
Thư
mục
ADVISOR
chính
(ví
dụ:
C:\ADVISOR
hoặc
C:\Program
Files\ADVISOR) có chứa một số thư mục con. Trong số này có các dữ liệu, giao diện
ngưởi dùng, và các thư mục của mơ hình có chứa các tập tin tương ứng.
2.3. Quy ƣớc đặt tên tập tin:
Tất cả các mơ hình và tập tin dữ liệu sử dụng một tiền tố theo sau là một dấu
gạch dưới ('_') mà là giống như các tiền tố được sử dụng (gần như tất cả) cho các biến
nó định nghĩa, mà lần lượt là trong dấu ngoặc nhọn (< >) ở cuối của khối Simulink mà
trong đó các biến được sử dụng. Dưới đây là các loại tập tin thành phần của
ADVISOR:
ACC_ *. M: các tập tin tải phụ kiện
CYC_ *. M: tập tin các chu trình lái xe, trong đó nó được định nghĩa bằng các
biến bắt đầu với cyc_, được sử dụng trong các khối có nhãn <cyc>
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 17
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
ESS_ *. M: các tập tin dữ liệu về hệ thống năng lượng lưu trữ, tương tự, nó
cũng đởiịnh nghĩa b các biến bắt đầu với ess_, được sử dụng trong các khối
có nhãn <ess>
EX_ *. M: các tập tin về khí thải sau khi xử lý (ví dụ như chất xúc tác)
FC_ *. M: các tập tin dữ về liệu chuyển đổi nhiên liệu
TX_ *. M: các tập tin dữ liệu về hệ thống truyền động (bao gồm các hộp sốgb và truyền động cuối cùng fd)
GC_ *. M: các tập tin dữ liệu về máy phát /bộ điều khiển
MC_ *. M: các tập tin dữ liệu về motor / bộ điều khiển
PTC_ *. M: các tập tin dữ liệu về điều khiển hệ thống truyền lực mà nó được
đình nghĩa bởi các biến điều khiển động cơ, điều khiển ly hợp, và các trạng
thái điều khiển hybrid bắt đầu với vc_ và cs_, được sử dụng trong khối dán
nhãn <vc> và <cs>
TC_ *. M: các file dữ liệu về khớp momen
VEH_ *. M: Các tập tin dữ liệu về xe
WH_ * M: các tập tin dữ liệu về bánh xe / cầu xe
Ngồi các tập tin dữ liệu thành phần trên, có một loại khác có sử dụng tiền tố
là BD_ *. MDL các sơ đồ khối Simulink (mơ hình)
Tất cả các tên tập tin bao gồm tiền tố hoàn toàn bằng chữ in hoa để tránh nhầm
lẫn với tên biếnđược viết hoàn toàn bằng chữ thường.
2.4. Các tập tin đƣợc têm vào trong ADVISOR:
Cách dễ nhất để thêm một loại tập tin mới trong ADVISOR là chỉnh sửa một tập
tin hiện có của dạng này và lưu nó với một tên tập tin mới, hoàn toàn bằng chữ in hoa,
trong các thư mục ADVISOR thích hợp. Điều này sẽ đảm bảo rằng tất cả các biến cần
thiết để định nghĩa đầy đủ các thành phần riêng sẽ được bao gồm trong tập tin mới của
bạn. Để thêm các bộ phận của xe hoặc các tập tin về các chu trình lái xe, click chuột
vào nút nhấn (pushbutton)trong giao diện người dùng sẽ mở một cửa sổ để hướng dẫn
quy trình thực hiện.
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 18
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
2.5. Kiểm tra các tập tin đầu vào:
Các tập tin bộ phận và gần như tất cả các tập tin khác trong ADVISOR là các
tập tin văn bản (các trường hợp ngoại lệ là những tập tin” mat”, có chứa dữ liệu Matlab
cụ thể), và có thể được xem và chỉnh sửa trong bất kỳ trình soạn thảo văn bản. Việc sử
dụng các trình chỉnh sửa hay bộ gỡ lỗi (debugger) trong Matlab 5.3 thì được khuyến
khích. Ngồi ra, tập tin văn bản có thể được xem trong cửa sổ lệnh Matlab bằng cách
nhập vào
- Loại tên tập tin
- Tại dịng lệnh MATLAB.
2.6. Xóa các tập tin từ cơ sở dữ liệu của ADVISOR:
Tập tin có thể được gỡ bỏ từ ADVISOR bằng hoặc xóa chúng sử dụng hệ
điều
hành
hoặc
bằng
cách
nhập
lệnh
sau
tại
dịng
lệnh
Matlab:
rm! tên tập tin
Xóa các tập tin thông qua hệ điều hành được ưa chuộng, đặc biệt là trên nền tảng
PC và Macintosh, nơi các tập tin 'xóa' sẽ được bảo quản trong thùng rác .
3. Giới thiệu mơ hình hệ thống truyền lực:
ADVISOR có 6 loại xe khác nhau bao gồm: Hệ thống truyền lực thông thường,
truyền lực nối tiếp, truyền lực song song, truyền lực song song khởi động/máy phát, tế
bào nhiên liệu và xe điện. Advisor có 2 lựa chọn chiếc xe cụ thể, như: xe Prius và
Insight. Mỗi loại xe có một hệ thống truyền lực khác nhau. Ngồi ra cịn có một tùy
chọn để sử dụng hệ thống truyền động tùy chỉnh .
3.1. Hệ thống truyền lực thông thƣờng (Conventional powertrain)
Những chiếc xe thông thường thể hiện cho một chiếc xe chở khách tiêu biểu. Nó
chỉ sử dụng một bộ chuyển đổi nhiên liệu cho năng lượng chuyển động xe. Hộp số mặc
định là một hộp số 5 tốc độ. Các phụ kiện thông thường là tải năng lượng cơ học khơng
thay đổi. Hình 2 diễn tả cấu tạo của các bộ phận trên xe thông thường trong Advisor.
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 19
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
Hình 2. Cấu tạo hệ thống truyền lực thông thường.
3.2. Hệ thống truyền lực nối tiếp (Series powertrain)
Các thành phần trên xe truyền động nối tiếp bao gồm một bộ chuyển đổi nhiên
liệu, một máy phát điện, ắcquy, và một motor điện. Bộ chuyển đổi nhiên liệu không
điều khiển trục xe trực tiếp. Thay vào đó, nó chuyển đổi trực tiếp năng lượng cơ học
thành năng lượng điện thông qua máy phát điện. Tất cả các mô-men xoắn được sử
dụng để di chuyển xe đến từ động cơ. Hộp số mặc định là hộp số một tốc độ. Các chế
độ điều khiển mặc định là một bộ theo dõi công suất nối tiếp. Các phụ kiện kết hợp là
một tải năng lượng điện không đổi. Cấu tạo các bộ phận trên xe nối tiếp trong Advisor
được diễn tả trong Hình 3
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 20
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
Hình 3. Hệ thống truyền lực nối tiếp
3.3. Hệ thống truyền lực song song (Parallel powertrain)
Các bộ phận trên xe truyền động song song bao gồm một động cơ đốt trong, ắcquy,
và một động cơ điện. Hệ thống được đặt tên là song song bởi vì cả hai động cơ đốt
trong và động cơ điện đều có thể cung cấp mơ-men xoắn để di chuyển xe. Động cơ
điện có thể hoạt động theo hướng ngược lại như một máy phát điện do thu hồi năng
lượng trong q trình phanh ơ tơ và nó sạc lại cho ắcquy. Các trạng thái điều khiển mặc
định được quản lý bởi một hệ thống “hỗ trợ điện” (elctric assist). Hộp số mặc định là
hộp số 5 tốc độ. Các phụ kiện kết hợp là một tải năng lượng điện khơng đổi. Hình 4 mơ
tả các bộ phận cấu thành hệ thống truyền lực song song trong Advisor.
Hình 4. Hệ thống truyền động song song
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 21
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
3.4. Hệ thống truyền lực song song động cơ khởi động/máy phát (Parallel
Strater/Alternator)
Các thành phần xe truyền lực song song động cơ khởi động/máy phát bao gồm
một động cơ đốt trong, ắcquy, và một động cơ điện. Nó được đặt tên song song động
cơ khởi động / máy phát vì động cơ điện hoạt động như động cơ khởi động và máy
phát điện như trên một chiếc xe thơng thường. Nó cho phép tắt và khởi động lại động
cơ đốt trong và hỗ trợ cho một dòng điện tối thiểu. Hệ thống là một thiết kế song song
bởi vì cả hai động cơ đốt trong và động cơ điện có thể cung cấp mơ-men xoắn để di
chuyển xe. Sự khác biệt lớn giữa thiết kế hệ thống truyền lực song song khởi động/
máy phát với các thiết kế song song cơ bản là vị trí của ly hợp. Ly hợp trong thiết kế hệ
thống song song khởi động / máy phát điện được đặt giữa hộp số và bộ ghép mô-men
xoắn. Trong khi thiết kế song song cơ bản, ly hợp nằm giữa bộ ghép mơ-men xoắn và
động cơ đốt trong. Điều này có nghĩa rằng nếu xe đang chuyển động và ly hợp được
nối giữa động cơ đốt trong và các trục trục động cơ điện phải được quay. Động cơ điện
có thể hoạt động theo hướng ngược lại như một máy phát điện cho quá trình phanh và
để nạp lại ắcquy. Các trạng thái điều khiển mặc định được quản lý bởi một hệ thống
“hỗ trợ điện” (elctric assist) <Parallel.htm>. Hộp số mặc định là hộp số 5 tốc độ. Các
phụ kiện kết hợp là một tải năng lượng điện không đổi. Hình 5 mơ tả các bộ phận cấu
thành hệ thống truyền lực song song máy khởi động/máy phát trong Advisor.
Hình 5. Hệ thống truyền động song song khởi động/máy phát.
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 22
Đề tài NCKH cấp trường
Lý Vĩnh Đạt
3.5. Xe sử dụngFuel Cell
Các thành phần trên xe chạy tế bào nhiên liệu bao gồm một bộ chuyển đổi nhiên
liệu, ắcquy, và một động cơ điện. Nó rất giống với các dịng xe hybrid, với một tế bào
nhiên liệu thay thế bộ chuyển đổi nhiên liệu và máy phát điện. Hộp số mặc định là hộp
số một tốc độ. Các trạng thái điều khiển mặc định là một bộ điều nhiệt (thermostat), nơi
chuyển đổi nhiên liệu hoạt động khi trang thai sạc (SOC) đạt đến trang thái thấp
(cs_lo_soc) và ngưng hoạt động khi SOC đạt đến trạng thái cao (cs_hi_soc). Các phụ
kiện kết hợp là một tải năng lượng điện khơng đổi. Hình 6 mô tả các bộ phận cấu thành
hệ thống tế bào nhiên liệu.
Hình 6. Hệ thống truyền lực tế bào nhiên liệu
Nghiên cứu ứng dụng Advisor tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu
Trang 23
