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

XE ĐIỆN – XE LAI
Chương 4
HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE LAI
ĐIỆN KIỂU SONG SONG


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
cho trước. Chương này sẽ tập trung vào phương pháp
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


4.

dẫn động mà không cần đến bộ nạp từ bên
ngoài.
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
giá trị được đặt trước Veb là tốc độ thấp mà động cơ
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:

Pe = 0

(5.1)


PL
Pm =
ht , m

(5.2)

Pm
=
hm

(5.3)

Ppps - d

Trong đó: Pe là công suất đầu ra động cơ, PL là công
suất tải yêu cầu ở các bánh xe, ηt,m là hiệu suất hộp số
từ motor đến bánh xe chủ động, Pm là công suất đầu
ra của motor điện, Ppps-d là công suất phóng điện, ηm
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
phát ra công suất Pe. Phần công suất tải còn lại được
cung cấp bởi motor điện. Công suất đầu ra motor và
công suất phóng điện PPS được tính như sau:


Pm =

PL - Peht ,e

Ppps - d

ht , m

(5.4)

Pm
=
hm

(5.5)

Trong đó ηt,e là hiệu suất truyền lực từ động cơ đến
các bánh xe chủ động.
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
Pe. Trong trường hợp này, motor điện được điều
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:
æ
PL ö
Pm = ç Pe h
h
÷
t
,
e
,
m
m
ç
÷
h
t ,e ø
è

(5.6)


Ppps -c = Pm

Trong đó: ηt,e,m là hiệu suất truyền lực từ động đến
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

(5.7)


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:

PL
Pe =
ht ,e

(5.5)

Pm = 0

(5.9)
Ppps = 0

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:

Pmb = PL ηt ,m ηm

(5.11)