Nghiên cứu điều khiển mô phỏng hệ thống thu hồi năng lƣợng quán tính của ô tô dựa trên các chu trình lái xe

Trường đại học Sư phạm Kỹ Thuật TPHCM
Khoa Cơ Khí Động Lực

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THU HỒI NĂNG LƯỢNG QN TÍNH TRÊN Ơ TƠ
DỰA TRÊN CÁC CHU TRÌNH LÁI XE TIÊU CHUẨN

SVTH: 1. Nguyễn Thanh Hùng/13145102
2. Nguyễn Đức Ánh/13145013

GVHD: Th.s. Dương Tuấn Tùng

TPHCM, 20/1/2018


TỔNG QUAN

Nội dung cơ bản
Mơ hình thực nghiệm

I

Phân tích các chu trình lái xe

II

III

IV

V

VI

Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển biến tần
Quá trình, kết quả và nhận xét thực nghiệm
Kết luận và hướng phát triển


I. Nội dung cơ bản

I.1 Tổng quan về hệ thống phanh tái sinh
I.2 Cơ sở lý thuyết
I.3 Xây dựng mô hình mơ phỏng hệ thống theo chu trình lái xe
I.4 Xây dựng mơ hình thực nghiệm


I. Nội dung cơ bản

I.1 Tổng quan về hệ thống phanh tái sinh:
Bao gồm 4 loại chính được phân chia theo dạng tích trữ năng lượng bằng:

•
•
•
•

Điện năng
Thủy lực
Bánh đà

Vật liệu đàn hồi


I. Nội dung cơ bản
I.1 Tổng quan về hệ thống phanh tái sinh:

Tích trữ năng lượng dưới dạng Điện năng

Tích trữ năng lượng dưới dạng Thủy lực

Tích trữ năng lượng dưới bằng bánh đà

Tích trữ năng lượng dưới dạng Vật liệu đàn hồi


I. Nội dung cơ bản
I.2 Cơ sở lý thuyết:
 

a. Xác định công suất và lực phanh cần thiết đối với một chiếc xe khi phanh hoặc giảm tốc:

•

Cơng suất phanh của các bánh xe trước, sau:
Fp1 + Fp2 + Ff1 + Ff2 + Fa + mgsinθ = ma
Với Fp1, Fp2: là lực phanh tác dụng lên cầu trước, cầu sau [N]

•

Cơng suất phanh tại thời điểm bất kì :

Pp(t) là công suất phanh yêu cầu [W]
Vt là vận tốc xe tạo thời điểm t [m/s]


I. Nội dung cơ bản
I.2 Cơ sở lý thuyết:
b.

Xác định các thông số của bộ thu hồi năng lượng quán tính của xe khi phanh:

Các
Các phương
phương trình
trình động
động lực
lực học
học

Xác
Xác định
định mơ
mơ men
men qn
qn tính
tính và
và tốc
tốc

Sử
Sử dụng

dụng SimDriveline
SimDriveline trong
trong Matlab
Matlab

độ
độ góc
góc của
của bánh
bánh xe
xe chủ
chủ động
động khi
khi xe
xe

Simulink
Simulink để
để chạy
chạy mơ
mơ phỏng
phỏng thử
thử

thực
thực hiện
hiện q
q trình
trình phanh
phanh hay

hay giảm
giảm

nghiệm
nghiệm ở
ở các
các chế
chế độ
độ và
và lựa
lựa chọn
chọn các
các

tốc
tốc (phạm
(phạm vi
vi giới
giới hạn
hạn tốc
tốc độ
độ thử
thử

thông
thông số
số về
về tỷ
tỷ số
số truyền,

truyền, kích
kích thước
thước

nghiệm
nghiệm từ
từ 80
80 km/h
km/h trở
trở xuống)
xuống)

bánh
bánh đà
đà một
một cách
cách hợp
hợp lý
lý


I. Nội dung cơ bản
I.3 Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống theo chu trình lái xe:

Mơ phỏng điều khiển tốc độ xe theo chu trình FTP - 75


I. Nội dung cơ bản
I.3 Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống theo chu trình lái xe:

Mơ phỏng điều khiển tốc độ xe theo chu trình ECE R15


I. Nội dung cơ bản
I.3 Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống theo chu trình lái xe:

Mơ phỏng điều khiển tốc độ xe theo chu trình NEDC


I. Nội dung cơ bản
I.3 Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống theo chu trình lái xe:

Mơ phỏng điều khiển tốc độ xe theo chu trình EUDC


I. Nội dung cơ bản
I.4 Xây dựng mơ hình thực nghiệm:

Mơ hình thực nghiệm sử dụng trong đề tài


II. MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM
II.1 Các thơng số cơ bản
Thơng số

Cơng suất động cơ

Kí hiệu

Giá trị

Đơn vị

Pdc

5.5

Kw

2075PM ( 3PH-200V-

PM

Biến tần

7.5kW )
Tỷ số truyền
Bộ hãm từ

Cảm biến moment

i

0.1~0.6

Pht

1.5

Kw

0-500

N.m

Các giá trị thu được dựa trên tính tồn mơ phỏng trên Matlab Simulink


II. MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM
II.2 Ngun lý hoạt động

Mơ hình thực nghiệm sử dụng trong đề tài


III. PHÂN TÍCH CÁC CHU TRÌNH LÁI XE
Xác định khoảng thời gian giảm tốc dựa trên đồ thị vận tốc theo thời gian của 4 chu trình được xây
dựng thơng qua matlab simulink trên mơ hình thực nghiệm

Chu trình FTP 75


IV. SỬ DỤNG ĐIỀU KHIỂN PID
IV.1 Giới thiệu:

•
•

Bộ điều khiển PID: Bơ điều khiển vi tích phân tỉ lệ
Chức năng: điều khiển biến tần đảm bảo vận tốc thực tế của mơ hình thực nghiệm bám sát
với từng chu trình tiêu chuẩn.

IV.2 Quá trình nạp dữ liệu vào bộ điều khiển PID


V. QÚA TRÌNH, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THỰC NGHIỆM
V.1: Quá trình thực nghiệm

Biến tần (PID) sẽ điều khiển động cơ đảm bảo tốc độ xe

Bộ điều khiển sẽ thu thập thời gian giảm tốc thông qua cảm

bám sát với từng chu trình lái xe.

biến tốc độ.

Bộ thu thập dữ liệu sẽ truyền tín hiệu (điện áp, dịng điện,

Bộ thu hồi năng lượng được kích hoạt hoạt động, sẽ điều khiển

tốc độ xe, tốc độ bánh đà) về máy tính

máy phát quay và quá trình thu hồi năng lượng được bắt đầu

Driving cycle test.mp4


V. QÚA TRÌNH, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THỰC NGHIỆM
V.2: Kết quả thực nghiệm
Năng lượng thu hồi trên chu trình FTP 75 trên mô phỏng và theo thực tế:

Biểu đồ năng lượng theo thời gian
chu trình FTP 75

Nănglượng(J)

Năng lượng (J)

Biểu đồ năng lượng theo thời gian chu trình FTP 75

Thời gian (s)
T hời gian (s)

Mô phỏng

Thực nghiệm

Tổng năng lượng thu hồi theo thực nghiệm đạt khoảng 27.87% so với mô phỏng


V. QÚA TRÌNH, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THỰC NGHIỆM
V.2: Kết quả thực nghiệm
Năng lượng thu hồi trên chu trình ECE R15 trên mô phỏng và theo thực tế:

Biểu đồ năng lượng theo thời gian chu trình ECE R15

Nănglượng(J)

Nănglượng(J)

Biểu đồ năng lượng theo thời gian chu trình ECE R15

Thời gian (s)

Thời gian (s)

Mô phỏng

Thực nghiệm

Tổng năng lượng thu hồi theo thực nghiệm đạt khoảng 32.45% so với mô phỏng


V. QÚA TRÌNH, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THỰC NGHIỆM
V.2: Kết quả thực nghiệm
Năng lượng thu hồi trên chu trình EUDC trên mô phỏng và theo thực tế:

Nănglượng(J)

g

Biểu đồ năng lượng theo thời gian chu trình EUDC

Nănglượng(J)

Biểu đồ năng lượng theo thời gian chu trình EUDC

Thời gian (s)

Thời gian (s)

Mơ phỏng

Thực nghiệm

Tổng năng lượng thu hồi theo thực nghiệm đạt khoảng 38.25% so với mô phỏng


V. QÚA TRÌNH, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THỰC NGHIỆM
V.2: Kết quả thực nghiệm
Năng lượng thu hồi trên chu trình NEDC trên mô phỏng và theo thực tế:

Biểu đồ năng lượng theo thời gian chu trình NEDC

Nănglượng(J)

Nănglượng(J)

Biểu đồ năng lượng theo thời gian chu trình NEDC

Thời gian (s)

Thời gian (s)

Mơ phỏng

Thực nghiệm

Tổng năng lượng thu hồi theo thực nghiệm đạt khoảng 55.03% so với mô phỏng

V. QÚA TRÌNH, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT THỰC NGHIỆM
V.3: Nhận xét thực nghiệm



Tổng năng lượng thu hồi theo thực nghiệm của 4 chu trình đạt giá trị 27%~55% so với mơ phỏng.



Trong q trình thu hồi năng lượng theo thực nghiệm do sự ma sát giữa bánh đà với khơng khí,
sự sụt giảm điện áp, q trình phanh và thời gian phanh, tốc độ điều khiển động cơ nên việc
tính tốn thu hồi năng lượng chưa được tối ưu. Mật độ năng lượng thu hồi được trên biểu đồ
chỉ đạt tương đối.


VI. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
VI.1: Kết luận

 Dựa trên các kết quả tính tốn và thực nghiệm nhóm thực hiện đề tài đã thiết kế và xây dựng được
mơ hình thực nghiệm.

 Đã sử dụng điều khiển PID của bộ biến tần để điều khiển tốc độ động cơ theo 4 chu trình tiêu
chuẩn.

 Bước đầu thực nghiệm, đo đạt, thu thập, xử lý số liệu bằng phần mềm

Labview, Excel để tính tốn

cơng suất và năng lượng thu hồi được tại từng thời điểm giảm tốc trên 4 chu trình tiêu chuẩn.

VI. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
VI.2: Hướng phát triển

Tiếp tục thực nghiệm để tối ưu việc thu hồi được năng lượng trên 4 chu trình lái xe tiêu chuẩn.
Kiểm soát được lực phanh tại các bánh xe một cách chính xác.
Điều khiển bộ hãm từ và thu thập dữ liệu từ cảm biến moment tại bán trục bánh xe chủ động.