Nghiên cứu về sự phân phối lực phanh tái sinh và lực phanh cơ khí trong hệ thống phanh tái tạo năng lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN PHỐI LỰC PHANH TÁI

SINH VÀ LỰC PHANH CƠ KHÍ TRONG HỆ THỐNG PHANH
TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG.

SVTH :

Võ Thành Luân

MSSV:

13145153

SVTH :
MSSV :
GVHD:

Huỳnh Khánh Duy
13145059
ThS. DƯƠNG TUẤN TÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công ngh ệ kỹ thu ật ô tô

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN PHỐI LỰC PHANH TÁI

SINH VÀ LỰC PHANH CƠ KHÍ TRONG HỆ THỐNG PHANH
TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG.

SVTH:
MSSV:
SVTH:
MSSV:
GVHD:

Võ Thành Luân
13145153
Huỳnh Khánh Duy
13145059
ThS. DƯƠNG TUẤN TÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


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 ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. Huỳnh Khánh Duy

MSSV: 13145059

2. Võ Thành Ln

MSSV: 13145153

Chun ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ tơ

Mã ngành đào tạo: 52510205

Hệ đào tạo: Chính qui

Mã h ệ đào t ạo: ..........................

Khóa: 2013

L ớp: 131454C

1. Tên đề tài
Nghiên cứu về sự phân phối lực phanh tái sinh và lực phanh cơ khí trong hệ th ống
phanh tái tạo năng lượng.
2. Nhiệm vụ đề tài
1) Nghiên cứu chung về hệ thống phanh tái sinh
2) Cơ sở lý thuyết về phân phối lực phanh có phanh tái sinh
3) Tìm hiểu các nghiên cứu trong vấn đề điều khi ển phân ph ối lực phanh
đối với dịng xe có sử dụng hệ thống phanh tái sinh
4) Kết luận – Đề nghị

3. Sản phẩm của đề tài
01 tập báo cáo kết quả nghiên cứu và 02 đĩa CD
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 11/04/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/07/2017
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 Khung Gầm

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên : Huỳnh Khánh Duy

MSSV: 13145059

Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên :

MSSV: 13145153

Hội đồng:…………

Võ Thành Luân

Tên đề tài:

Nghiên cứu về sự phân phối lực phanh tái sinh và lực phanh c ơ khí trong h ệ
thống phanh tái tạo năng lượng.
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ Thuật Ơ tơ
Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S Dương Tuấn Tùng
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

3. Đánh giá:


TT
1.

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
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 ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
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
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 ĐATN
Tổng điểm

Điểm Điểm đạt
tối đa
được
30
10
10
10
50
5

10
15
15
5
10
10
100

4. Kết luận:


Được phép bảo vệ



Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)


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 Khung Gầm

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên :

Huỳnh Khánh Duy

MSSV:

13145059 Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên :

Võ Thành Luân

MSSV:

13145153 Hội đồng…………

Tên đề tài:

Nghiên cứu về sự phân phối lực phanh tái sinh và lực phanh c ơ khí trong h ệ
thống phanh tái tạo năng lượng


Ngành đào tạo: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ tơ
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) Th.S Huỳnh Phước Sơn

Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................


............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:
TT
1.

Điểm
tối đa
30

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
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 ĐATN

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
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
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 ĐATN
Tổng điểm

Điểm đạt
được

10
10
10
50
5
10
15
15
5
10
10
100

7. Kết luận:


Được phép bảo vệ



Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)


L ỜI C AM ƠN

Được sự phân công của khoa Cơ khí Động lực trường Đại h ọc Sư phạm Kỹ
thuật Tp.HCM và sự đồng ý của Thầy giáo hướng dẫn ThS. Dương Tuấn Tùng, nhóm
em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu sự phân ph ôi lực phanh tái sinh và lực
phanh cơ khi trong hệ thông phanh tái tạo năng lương ”.


Để hồn thành đ ồ án này, nhóm em xin g ửi lời c ảm ơn chân thành đ ến q
Thầy Cơ giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy chung em trong su ốt quá trình h ọc
tập, nghiên cứu và rèn luyện ở trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM.
Nhóm xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến quý Th ầy, Cô giáo trong
khoa Cơ khí Động lực đã giảng dạy, hướng dẫn tận tình và truy ền đ ạt nh ững ki ến

thức quý báu cũng như truyền ngọn lửa đam mê ngành Cơng ngh ệ Kỹ thu ật Ơ tơ
đến cho chung em. Đặc biệt nhóm em xin chân thành bi ết ơn Th ầy D ương Tu ấn
Tùng đã hướng dẫn nhóm em hết sức tận tình, chu đáo về m ọi mặt chuyên môn và
tạo điều kiện thuận lợi để nhóm có thể thực hiện và hồn thành đồ án.
Trong q trình thực hiện, mặc dù có nhi ều c ố g ắng để hoàn thành đ ề tài m ột
cách hoàn chinh nhất. Song do hạn chế v ề ki ến thức, kinh nghiệm và th ời gian
nghiên cứu cũng có hạn nên đề tài khơng tránh khỏi những sai sót nhất đ ịnh, nhóm
em rất mong được sự góp ý của q Thầy, Cơ giáo và các bạn.
Sau cùng, nhóm em xin kính chuc q Thầy, Cơ th ật d ồi dào s ức kh ỏe, ni ềm tin
để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt ki ến th ức cho th ế
hệ mai sau.
Trân trọng.

TP.HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2017
SINH VIÊN TH ƯC HI ÊN
HUỲNH KHÁNH DUY- VÕ THÀNH LUÂN


M Ở Đ ẦU
1. Ly do chon đề tài
Hiện nay các động cơ đốt trong sử dụng nguồn năng lượng để động c ơ làm
việc là nhờ phần lớn nguồn nhiên liệu hóa thạch.Tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa
thạch này đang dần cạn kiệt và lượng khí thải từ nhiên liệu này gây ảnh hưởng rất
lớn đến môi trường sống. Chính vì thế cần phải có giải pháp đung đắn là thay th ế
nguồn nhiên liệu hóa thạch hoặc ít phụ thuộc vào chung và đi ều này đã được
nghiên cứu và áp dụng rất thành cơng, đó là sử dụng phương pháp h ệ th ống phanh
tái sinh. Phương pháp này được lựa chọn rất thích đáng là vì sẽ thu h ồi h ầu nh ư
toàn bộ năng lượng mất đi trong quá trình phanh và giảm tốc, trong khi đ ối v ới các
động cơ khơng có hệ thống phanh tái sinh sẽ lãng phí tồn b ộ ngu ồn năng l ượng
nhiệt này.

Hệ thống phanh trên ô tô là một hệ th ống an toàn ch ủ đ ộng. Q trình phanh
là q trình chuyển hóa năng lượng từ cơ năng thành nhi ệt năng t ại các c ơ c ấu
phanh. Q 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. Tuy nhiên, vì lý do an
tồn mà hệ thống phanh cơ khí vẫn được sử dụng mặc dù năng lượng tiêu tán này
là không hề nhỏ. Hệ thống phanh tái sinh (RBS: Regenerative Braking System) ra
đời với mục đích thu hồi để tái sử dụng lại năng lượng qn tính của xe trong q
trình phanh hoặc giảm tốc, giup tiết kiệm nhiên liệu và tăng tu ổi th ọ cho c ơ c ấu
phanh [1].
Theo các nghiên cứu gần đây thì h ệ th ống phanh tái sinh đ ược nghiên c ứu,
tính tốn và áp dụng trên các dòng xe điện (EV: Electric Vehicle), xe lai đi ện (HEV:
Hybrid Electric Vehicle) và một số dòng xe sử dụng pin nhiên li ệu (FCV: Fuel Cell
Vehicle) [18]. Đặc điểm của hệ thống phanh tái sinh được áp dụng trên các dòng xe
này là năng lượng cơ năng được chuyển hóa thành đi ện năng đ ể d ẫn đ ộng các mô
tơ điện hoạt động phục vụ cho quá trình tăng tốc của xe. V ới xe ô tô truy ền th ống
sử dụng động cơ đốt trong (CICE: Convetional Internal Combustion Engine) thì h ệ


thống phanh tái sinh cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng dưới các dạng khác
nhau như: Năng lượng cơ năng thu hồi được trong quá trình xe phanh ho ặc gi ảm
tốc được tích trữ dưới dạng thủy lực được áp dụng cho các xe tải tr ọng l ớn có ki ểu
hệ thống truyền lực thủy lực (Hydraulic Powertrain) , sử dụng bánh đà làm m ột
thiết bị tích trữ năng lượng dưới dạng cơ năng sau đó sử dụng cơ năng này đ ể phục
vụ quá trình tăng tốc được áp dụng trên các xe đua F 1 và các xe du lịch tải trọng nhỏ
[18]…. Riêng xe ơ tơ có kiểu hệ thống truyền lực truyền thống thì vi ệc thu h ồi năng
lượng qn tính trong quá trình phanh hoặc gi ảm tốc chưa được nghiên c ứu nhi ều
trong khi số lượng xe này trên thị trường khá phổ biến.
Đề tài: “ Nghiên cứu sự phân phôi lực phanh tái sinh và lực phanh c ơ khi
trong hệ thông phanh tái tạo năng lương” được thực hiện với mục đích thu hồi
năng lượng quán tính của xe trong q trình phanh hoặc gi ảm t ốc b ằng s ự k ết h ợp

giữa thiết bị tích trữ năng lượng cơ năng là bánh đà quán tính và máy phát đi ện
biến cơ năng thành điện năng nạp lại cho ắc quy đ ể s ử dụng cho các ph ụ t ải đi ện.
Đề tài sẽ đi nghiên cứu sự phân phối lực phanh tái tạo thông qua các cơ sở lý thuyết
về phân phối lực phanh để từ đó đưa ra các phương pháp đi ều khi ển phù h ợp gi ữa
lực phanh tái sinh và lực phanh cơ khí nhằm nâng cao hiệu su ất của b ộ thu h ồi
năng lượng mà vẫn đảm bảo tính an tồn và ổn định của ơ tơ trong q trình phanh
hoặc giảm tốc.
2. Nhiệm vụ đề tài
- Tìm hiểu tổng quan về h ệ th ống phanh tái tạo năng lượng và c ơ s ở lý thuy ết về
phân phối lực phanh.
- Nghiên cứu, phân tích và xây dựng một số ph ương pháp đi ều khi ển phân ph ối l ực
phanh trên xe có sử d ụng hệ th ống phanh tái tạo năng lượng theo các kết qu ả
nghiên cứu được công bố.


3. Đôi tương và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên c ứu về s ự phân ph ối l ực phanh tái
tạo năng lượng và một số ph ương pháp điều khiển phân phối lực phanh của h ệ
thống tích hợp giữa hệ thống kết hợp phanh tái sinh và phanh cơ khí.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về đ ối tượng đã chọn theo một s ố k ết qu ả
nghiên cứu được công bố bởi các nhà nghiên cứu trước đây.
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các phương pháp sau:
- Tham khảo tài liệu: Dựa vào những tài liệu trên internet, sách báo n ước ngồi, tài
liệu chun ngành ơ tô trên thư viện và nhiều nguồn tài li ệu khác đ ể có h ướng
nghiên cứu thích hợp.
- Phương pháp tham khảo ý kiến.
- Dịch tài liệu: Chủ y ếu dịch tiếng anh từ tài li ệu hướng dẫn và các tài liệu n ước
ngoài.
5. Nhưng nội dung chinh của đề tài

Đề tài được trình bày trong 3 chương với cấu truc như sau:
Mở đ ầ u
Chương 1: Tổng quan về các hệ thống phanh tái tạo năng lượng.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về phân phối lực phanh.
Chương 3: Một số phương pháp điều khiển phân phối lực phanh trên xe có s ử d ụng
hệ thống phanh tái tạo năng lượng.
Kiến nghị và kết luận


M ỤC L ỤC

LỜI CAM ƠN.............................................................................................................................................. x
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... xi
1. Lý do chọn đề tài............................................................................................................................xi
2. Nhiệm vụ đề tài............................................................................................................................ xii
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................................xii
4. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................................xii
5. Những nội dung chính của đề tài.........................................................................................xiii
MỤC LỤC................................................................................................................................................... xiv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIÊT TĂT.....................................................................................................xvi
DANH MỤC HÌNH ANH.....................................................................................................................xviii
DANH MỤC CÁC BANG.......................................................................................................................xxii
CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN CÁC HÊ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯƠNG................1
1.1. Lịch sử Hình thành của hệ thống phanh RBS..................................................................1
1.2. Phương pháp tích trữ năng lượng phanh..........................................................................3
1.3. Phân tích và so sánh các phương án tích trữ năng lượng của hệ th ống RBS. .12
1.4. Các nghiên cứu về hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên thế gi ới ................15
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LY THUYÊT VÊ PHÂN PHỐI LƯC PHANH.........................................23
2.1. Cơ sở lý thuyết về phân phối lực phanh của hệ thống xe thuần cơ khí...........23
2.2. Cơ sở lý thuyết về phân phối lực phanh của hệ th ống tích hợp (Kết hợp giữa

phanh tái sinh và phanh cơ khí)..................................................................................................33
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIỂN PHÂN PHỐI LƯC PHANH TRÊN
XE CÓ SỬ DỤNG HÊ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯƠNG..........................................37


A .Sơ lược về phân phối lực phanh tái sinh...........................................................................37
B .Các phương pháp phân phối lực phanh tái sinh.............................................................40
I.Phương pháp phân phối dựa vào sự điều khi ển kết hợp giữa phanh tái sinh
và

phanh

thủy lực................................................................................................................................................. 40
II.Phương thức phân phối lực phanh tái sinh cho xe lai điện dựa vào quãng
đường phanh........................................................................................................................................... 73
III.Phương pháp phối phối lực phanh cho hệ thống phanh tái sinh thủy lực. .89
IV.Nghiên cứu phân phối lực phanh trong phương pháp phanh tái sinh xe đi ện
.................................................................................................................................................................. 97
V. Nghiên cứu phương pháp phân phối lực phanh tái sinh theo bi ểu đồ phân
phối lực phanh lý tưởng..............................................................................................................105
C Nhận xét………………………………………………………………………...…116

KÊT LUẬN VÀ ĐÊ NGHỊ.....................................................................................................................117
1.

Kết luận.................................................................................................................................. 117

2.

Đề nghị.................................................................................................................................... 117

DANH MỤC CÁC TÀI LIÊU THAM KHAO....................................................................................119


DANH MỤC CÁC CHỮ VIÊT TĂT
Ký hiệu và
chữ

viết Giải thích ý nghĩa

Ghi chu

tắt
RBS
CVT

Regenerative Braking System
Continuously

Variable

Transmission

Phanh tái sinh
Hộp số vô cấp

EV

Electric Vehicle

Các xe điện

HEV

Hybrid Electric Vehicle

Các xe lai điện

HHV

Hydraulic Hybrid Vehicle

Các xe lai thủy lực

UPS

Uninterruptible Power Supply

KERS

Kinetic Energy Recovery System

FCV

Fuel Cell Vehicle

FWB

Flywheel Battery

ABS

Anti-lock Braking System

HTTL

Transmission system

MG

Motor and Generator

RPM

Revolutions Per Minute

SOC

State Of Charge

Tình trạng sạc của Pin

CAN

Controller Area Network

Mạng CAN – Một chuẩn

Nguồn cung cấp điện
liên tục

Hệ thống thu hồi năng
lượng động năng
Các xe sử dụng pin
nhiên liệu
Bánh đà tích điện
Hệ thống chống bó cứng
phanh
Hệ thống truyền lực
Mơ tơ điện và máy phát
điện
Số vịng quay trong một
phut

truyền thơng tin cho xe


hơi
ECU

UDDS

PMSM

Đơn vị điều khiển động

ICE control Unit
Urban

cơ đốt trong

Dynamometer

Driving Chu trình thử nghiệm

Schedule

động lực trong đơ thị

Permanent Magnet Synchronous Motor đồng bộ nam
Motor

châm vĩnh cửu
Độ nhạy của sự giảm

DS

Deceleration Sensitive

ICE

Internal Combustion Engine

Động cơ đốt trong

HVB

Hybrid Vehicle Battery

Pin xe lai

ETH

ESP

Swiss

Federal

Institute

Technology
Electronic stability program

tốc.

of Viện công nghệ liên
bang Thụy Sĩ
Hệ thống cân bằng điện
tử

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các hướng nghiên cứu về cơng nghệ tích trữ năng lượng tái tạo khi
phanh............................................................................................................................................................. 2


Hình 1.2: Hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng thủy lực kiểu nối tiếp........3
Hình 1.3: Hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng thủy lực ki ểu song song [5]
.......................................................................................................................................................................... 4
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng tái tạo khi phanh dưới dạng đi ện
năng................................................................................................................................................................ 5

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống điều khiển bộ converter.................................................................6
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống phanh tái sinh với siêu tụ................................................................7
Hình 1.7: Cơng nghệ siêu tụ của Maxwell.....................................................................................8
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng bánh đà [36]...............9
Hình 1.9: Bánh đà tích điện trên xe Porches 918 RSR concept............................................9
Hình 1.10: Hệ thống bánh đà tích trữ năng lượng trên xe Volvo......................................10
Hình 1.11: Hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng lị xo cuộn...........................11
Hình 1.12: Độ ổn định điện áp của các phương án tích trữ năng lượng khi phanh.12
Hình 1.13: Khả năng chịu nhiệt của các phương án tích trữ năng lượng khi phanh
....................................................................................................................................................................... 13
Hình 1.14: Hiệu suất của các phương án tích trữ năng lượng khi phanh....................13
Hình 1.15: Suất tiêu hao nhiên liệu của các phương án tích tr ữ năng l ượng khi
phanh.......................................................................................................................................................... 14
Hình 1.16: Giá thành so sánh giữa các phương án tích trữ năng lượng khi phanh...14
Hình 1.17: Sơ đồ thử nghiệm của các tác giả Jefferson and Ackerman [25]...............18
Hình 1.18: Sơ đồ thử nghiệm của của tác giả R.J.Hayes [26]............................................19
Hình 1.19: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh ZI...........................................19
Hình 1.20: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng cơ khí [27].............20
Hình 1.21: Bánh đà siêu tốc của hãng Flybird..........................................................................21
Hình 1.22: Sơ đồ thử nghiệm trong hệ thống SJSU-RBS [33]............................................22
Hình 2.1: Sự dịch chuyển trong tâm của ơ tơ trong q trình phanh..............................24
Hình 2.2: Sự thay đổi phản lực thăng đứng khi ô tơ quay vịng........................................25
Hình 2.3: Lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh..................................................................................26
Hình 2.4: Đồ thị chi quan hệ giữa momen phanh cần sinh ra M p1 và Mp2với hệ số
bám φ.......................................................................................................................................................... 30


Hình 2.5:Đồ thị chi quan hệgiữa Mp1 và Mp2 -1- Đầytải, -2- Khơng tải............................30
Hình 2.6: Đồ thị chi quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau và d ẫn đ ộng
phanh trước để đảm bảo sự phanh lý tưởng -1- Đầy tải, -2- Khơng tải .......................31

Hình 2.7: Đường đặc tính thực tế của bộ đi ều hịa lực phanh -1- Đầy tải, -2- Khơng
tải................................................................................................................................................................. 32
Hình 2.8: Chùm đường đặc tính của bộ điều hịa lực phanh -1- Đầy tải, -2- Khơng
tải................................................................................................................................................................. 33
Hình 2.9: Tính tốn phanh với giới hạn ma sát........................................................................35
Hình 3.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống phanh tái sinh.....................................................41
Hình 3.2: Cấu truc của hệ thống phanh tái sinh......................................................................42
Hình 3.3: Sơ đồ các phương pháp điều khiển phanh tái sinh............................................45
Hình 3.4: Sơ đồ của thuật tốn điều khiển áp suất thủy lực............................................46
Hình 3.5: Dịng trạng thái của thuật toán điều khi ển ban đầu logic phanh th ủy l ực
....................................................................................................................................................................... 48
Hình 3.6: Sơ đồ của mơ hình xe và hệ thống kết hợp OXYZ...............................................50
Hình 3.7 : Biểu đồ hiệu quả của hệ thống motor điện........................................................54
Hình 3.8 : Sơ đồ khối của hệ thống phanh thủy lực..............................................................56
Hình 3.9: Mơ phỏng phương pháp tối đa hóa mức năng lượng thu hồi........................59
Hình 3.10: Mơ phỏng phương pháp mang lại cảm giác chân phanh tốt. ......................60
Hình 3.11: Mơ phỏng phương pháp kết hợp............................................................................61
Hình 3.12: Xe điện thử nghiệm......................................................................................................65
Hình 3.13: Sơ đồ bộ điều khiển phanh theo thời gian thực...............................................65
Hình 3.14: Bộ điều khiển phanh....................................................................................................66
Hình 3.15: Kiểm tra trên đường của phương pháp tối đa hóa mức năng lượng thu
hồi................................................................................................................................................................ 68
Hình 3.16: Kiểm tra trên đường của phương pháp mang lại cảm giác chân phanh
tốt................................................................................................................................................................. 69
Hình 3.17: Kiểm tra trên đường của phương pháp kết hợp..............................................70
Hình 3.18: Thử nghiệm trên đường thực tế theo chu trình lái ECE................................72
Hình 3.19: Sơ đồ cấu tạo của xe lai..............................................................................................74


Hình 3.20: Đặc tính của PMSM.......................................................................................................76

Hình 3.21: Qng đường phanh của chu trình UDDS............................................................78
Hình 3.22: Quãng đường phanh của chu trình EUDC............................................................78
Hình 3.23: Quãng đường phanh của chu trình 1015.............................................................79
Hình 3.24: Quãng đường phanh của chu trình NYCC.............................................................79
Hình 3.25: Mỗi quan hệ giữa hệ số phân phối lực phanh và quãng đường phanh. .81
Hình 3.26: Biểu đồ phân phối lực phanh của xe điện lai(HEV).......................................81
Hình 3.27: Sơ đồ khối điều khiển phanh tái sinh của xe điện lai....................................82
Hình 3.28: Phương pháp phân phối lực phanh của ADVISOR...........................................86
Hình 3.29: Trạng thái sạc của cả bốn chu trình lái................................................................88
Hình 3.30: Biểu đồ hệ thống phanh tái sinh dưới dạng giản đồ.....................................90
Hình 3.31: Biểu đồ dưới dạng giản đồ của môđun nhận biết mục đích phanh.......91
Hình 3.32: Q trình tính tốn lực phanh yêu cầu.................................................................91
Hình 3.33: Sự phân phối lực phanh cầu trước và cầu sau..................................................92
Hình 3.34: Sự phân phối lực phanh thủy lực và motor........................................................93
Hình 3.35: Mơđun sự phân phối lực phanh...............................................................................95
Hình 3.36: Mơ phỏng của sự phân phối lực phanh...............................................................96
Hình 3.37: Momen của motor trong biên dạng NEDC...........................................................96
Hình 3.38: Ti lệ sự phân phối lực phanh....................................................................................98
Hình 3.39: Mơ hình ADVISOR xe điện hồn tồn....................................................................99
Hình 3.40: Q trình phanh được mong đợi(chu trình lái)..............................................100
Hình 3.41: Mơđun kiểm sốt phanh phía sau của xe điện (EV).....................................101
Hình 3.42 : Mơđun sự phân phối lực phanh...........................................................................101
Hình 3.43 : Sự phân phối lực phanh dựa vào vận tốc........................................................103
Hình 3.44: Sự phân phối lực phanh lý tưởng.........................................................................103
Hình 3.45: Sự phân phối lực phanh dựa vào tiêu chuẩn ECE..........................................104
Hình 3.46: Trạng thái sạc của pin..............................................................................................104
Hình 3.47: Tỷ số trượt của ba phương pháp phân phối lực phanh.............................105
Hình 3.48: Sơ đồ cấu truc của hệ thống phanh tái sinh....................................................106
Hình 3.49: Cấu truc hệ thống phanh thủy lực điện............................................................108

Hình 3.50: Phương pháp điều khiển phanh lý tưởng........................................................108
Hình 3.51: Thuật toán điều khiển của phương pháp điều khiển phanh lý tưởng 110
Hình 3.52: Kết quả mơ phỏng của sự phân phối lực phanh với phương pháp điều
khiển phanh lý tưởng dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành.................................112
Hình 3.53: Momen đầu ra của motor và động cơ với phương pháp điều khiển
phanh lý tưởng dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành..............................................113
Hình 3.54: Dịng điện và trạng thái sạc của pin với phương pháp điều khiển phanh
lý tưởng dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành............................................................114
Hình 3.55: Năng lượng được phục hồi với phương pháp điều khiển phanh lý tưởng
..................................................................................................................................................................... 115


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Sự so sánh các kết quả mô phỏng của ba phương pháp.................................47
Bảng 3.2: Các thông số của xe điện thí nghiệm......................................................................47
Bảng 3.3: So sánh kết quả thử nghiệm phanh giảm tốc trên đường thực tế............71
Bảng 3.4: So sánh kết quả thử nghiệm trong chu trình lái ECE.......................................72
Bảng 3.5: Các kết quả đánh giá của các chu trình lái............................................................89
Bảng 3.6: Thơng số mơ phỏng.....................................................................................................111
Bảng 3.7: Hiệu quả phục hồi năng lượng dưới chu kỳ kiểm tra 15 chế độ nội thành
với phương pháp điều khiển lý tưởng.......................................................................................115


CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG
1.1.Lịch sử Hình thành của hệ thơng phanh RBS
Như chung ta đã biết vấn đề nhiên liệu và ô nhi ễm môi tr ường đang là thách
thức đối với các hãng sản xuất ô tô. Năng lượng truy ền th ống (năng l ựợng hóa
thạch) đang ngày càng cạn kiệt, ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng đã và đang
là những vấn đề mang tính tồn cầu. Một trong những giải pháp để gi ảm thi ểu vấn

đề nêu trên được các hãng xe đưa ra là chế tạo ra những dòng xe hybrid (lai). M ột
chiếc xe sử dụng hai nguồn động lượng: một động cơ đốt trong (Internal
Combustion Engine: ICE) và một thiết bị tích trữ năng lượng thì đ ược g ọi là h ệ
thống hybrid [1]. Hiện nay, hệ thống xe hybrid kết hợp giữa động c ơ đ ốt trong và
động cơ điện được sử dụng khá phổ biến.Hệ thống này thường được chia làm 3
kiểu truyền lực: kiểu nối tiếp, kiểu song song và ki ểu h ỗn h ợp[1]. Dù là ki ểu h ệ
thống truyền lực nào đi nữa thì hệ thống hybrid đều phải có các bộ phận nh ư đ ộng
cơ đốt trong, mô tơ điện và máy phát điện (Motor and Generator: MG) và ắc quy cao
áp (Hybrid Vehicle Battery: HVB). Một trong những yếu tố giup dịng xe này ti ết
kiệm nhiên liệu đó là nó tận dụng được năng lượng tái tạo khi xe giảm tốc thông
qua hệ thống phanh tái sinh năng lượng (Regenerative Braking System : RBS).
Để hiểu rõ hơn về điều này ta hãy lấy một ví dụ như sau: M ột chi ếc xe ơ tơ có
khối lượng 300(kg) đang di chuyển với vận tốc 72(km/h). Ta sử dụng hệ thống
phanh thơng thường để giảm tốc xe xuống cịn 32(km/h) thì giá trị năng lượng tiêu
tốn được tính theo cơng thức E = 2sẽ là 47,8(kj). Trong đó Ek là động năng của xe, m
là khối lượng của xe và v là tốc độ của xe. Do đó n ếu như năng l ượng này đ ược thu
gom và tích trữ để sử dụng lại cho việc tăng tốc của xe thay vì làm tiêu tán thành
nhiệt năng và tiếng ồn ở cơ cấu phanh. Giả sử ta thu hồi lại được chi cần 25% năng
lượng đó [tức là 25% của 47,8(kj) = 11,95(kj)]. Năng l ượng này đ ủ đ ể gia t ốc chi ếc
xe này lên tốc độ từ 0 đến 32(km/h) [17].
Thật ra thì ý tưởng về hệ thống phanh tái sinh năng l ượng đã có t ừ r ất lâu và
được sử dụng rộng rãi trên tàu điện bằng việc sử dụng các mô tơ đi ện ho ạt đ ộng


với chức năng như là các máy phát điện trong khi tác động phanh [2, 3]. V ới vi ệc c ải
tiến công nghệ chế tạo các chi tiết và kỹ thuật điều khi ển đã làm tăng hi ệu su ất
của hệ thống phanh tái sinh trên tàu điện. Một nghiên cứu cho th ấy gi ảm được
37% [1] năng lượng điện tiêu hao khi tàu điện sử dụng phanh tái sinh.
Đối với ô tô sử dụng động cơ đốt trong thì khó có thể đạt được đến m ức này
bằng việc sử dụng phanh tái sinh bởi vì không gi ống như mô t ơ đi ện quá trình

chuyển đổi năng lượng trong động cơ đốt trong khơng th ể được phục hồi [1]. M ặt
khác khối lượng của ơ tơ nhỏ hơn tàu điện do đó năng l ượng qn tính c ủa nó nh ỏ
hơn tàu điện nên lượng năng lượng thu hồi và tích trữ khi phanh đ ược sẽ ít h ơn.
Thêm vào đó cần phải có các thiết bị bi ến đổi và tích tr ữ năng l ượng. Theo các
nghiên cứu gần đây thì năng lượng được tái tạo, biến đổi và tích trữ d ưới các d ạng
khác nhau được mơ tả như trong (Hình 1.1) [19].

Hình 1.1: Các hướng nghiên cứu về cơng nghệ tích trữ năng lượng tái t ạo khi
phanh
Các phương án tich trư năng lương phanh hiện nay :






Tích trữ năng lượng kiểu pin điện.
Tích trữ năng lượng kiểu tụ điện.
Tích trữ năng lượng kiểu bánh đà.
Tích trữ năng lượng kiểu lị xo cuộn.
Tích trữ năng lượng kiểu thủy lực.