Nghiên cứu về sự phân phối lực phanh tái sinh và lực phanh cơ khí trong hệ thống phanh tái tạo năng lượng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.64 MB, 146 trang )
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 :
Huỳnh Khánh Duy
MSSV :
13145059
GVHD: 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 nghệ kỹ thuật ô tô
NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN PHỐI LỰC PHANH
TÁI SINH VÀ LỰC PHANH CƠ KHÍ TRONG HỆ
THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG.
ĐỀ TÀI:
SVTH:
Võ Thành Luân
MSSV:
13145153
SVTH:
Huỳnh Khánh Duy
MSSV:
13145059
GVHD: ThS. DƯƠNG TUẤN TÙNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÕA 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 hệ đào tạo: ..........................
Khóa: 2013
Lớp: 131454C
1. Tên đề tài
Nghiên cứu về sự phân phối lực phanh tái sinh và lực phanh cơ khí trong hệ thống
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 khiển phân phối 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 cơ khí trong hệ thống
phanh tái tạo năng lượng.
Ngành đào tạo: Cơng nghệ Kỹ Thuật Ơ tô
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)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
iv
2.3.Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
Mục đánh giá
TT
1.
2.
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm
tối đa
30
Đ ng ormat với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
Điểm đạt
được
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy trình
đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
v
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)
vi
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 cơ khí trong hệ thống
phanh tái tạo năng lượng
Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô tô
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:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
vii
...................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
Mục đánh giá
TT
1.
2.
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm
tối đa
30
Đ ng ormat với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
Điểm đạt
được
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy trình
đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
viii
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)
ix
LỜI CẢM N
Được sự phân cơng của khoa Cơ khí Động lực trường Đại học 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 phối ực phanh tái sinh và ực phanh c
h
trong hệ thống phanh tái tạo n ng ượng‖.
Để hoàn thành đồ án này, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến q Thầy
Cơ giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy ch ng em trong suốt quá trình học 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 q Thầy, Cơ giáo trong
khoa Cơ khí Động lực đã giảng dạy, hướng dẫn tận tình và truyền đạt những kiến thức
quý báu cũng như truyền ngọn lửa đam mê ngành Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ đến cho
ch ng em. Đặc biệt nhóm em xin chân thành biết ơn Thầy Dương Tuấn Tùng đã hướng
dẫn nhóm em hết sức tận tình, chu đáo về mọi 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 nhiều cố gắng để hoàn thành đề tài một cách
hoàn ch nh nhất. Song do hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nghiên cứu
cũng có hạn nên đề tài khơng tránh khỏi những sai sót nhất định, nhóm em rất mong được
sự góp ý của q Thầy, Cơ giáo và các bạn.
Sau cùng, nhóm em xin kính ch c quý Thầy, Cô thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để
tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.
Trân trọng.
TP.HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2017
SINH VI N THỰC HIỆN
HUỲNH KHÁNH DUY- VÕ THÀNH LUÂN
x
MỞ ĐẦU
1. L do ch n đề tài
Hiện nay các động cơ đốt trong sử dụng nguồn năng lượng để động cơ 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 mơi trường
sống. Chính vì thế cần phải có giải pháp đ ng đắn là thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch
hoặc ít phụ thuộc vào ch ng và điều này đã được nghiên cứu và áp dụng rất thành cơng,
đó là sử dụng phương pháp hệ thống phanh tái sinh. Phương pháp này được lựa chọn rất
thích đáng là vì sẽ thu hồi hầu như tồn bộ năng lượng mất đi trong q trình phanh và
giảm tốc, trong khi đối với các động cơ khơng có hệ thống phanh tái sinh sẽ lãng phí tồn
bộ nguồn năng lượng nhiệt này.
Hệ thống phanh trên ơ tơ là một hệ thống an tồn chủ động. 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. 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, gi p tiết kiệm
nhiên liệu và tăng tuổi thọ cho cơ cấu phanh [1].
Theo các nghiên cứu gần đây thì hệ thống phanh tái sinh được nghiên cứu, tính
tốn và áp dụng trên các dịng xe điện (EV: Electric Vehicle), xe lai điện (HEV: Hybrid
Electric Vehicle) và một số dòng xe sử dụng pin nhiên liệu (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 điện năng để dẫn động các mô tơ điện hoạt động
phục vụ cho q trình tăng tốc của xe. Với xe ơ tô truyền thống sử dụng động cơ đốt
trong (CICE: Convetional Internal Combustion Engine) thì hệ 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 hoặc giảm tốc được tích trữ dưới dạng thủy lực được
áp dụng cho các xe tải trọng lớn có kiểu hệ thống truyền lực thủy lực (Hydraulic
Powertrain) , sử dụng bánh đà làm một thiết bị tích trữ năng lượng dưới dạng cơ năng sau
xi
đó sử dụng cơ năng này để phục vụ quá trình tăng tốc được áp dụng trên các xe đua F1 và
các xe du lịch tải trọng nhỏ [18]…. Riêng xe ơ tơ có kiểu hệ thống truyền lực truyền
thống thì việc thu hồi năng lượng qn tính trong q trình phanh hoặc giảm tốc chưa
được nghiên cứu nhiều trong khi số lượng xe này trên thị trường khá phổ biến.
Đề tài: ―Nghiên cứu sự phân phối ực phanh tái sinh và ực phanh c
h
trong hệ thống phanh tái tạo n ng ượng‖ được thực hiện với mục đích thu hồi năng
lượng qn tính của xe trong q trình phanh hoặc giảm tốc bằng sự kết hợp giữa thiết bị
tích trữ năng lượng cơ năng là bánh đà quán tính và máy phát điện biến cơ năng thành
điện năng nạp lại cho ắc quy để sử dụng cho các phụ tải điện. 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 điều khiển phù hợp giữa lực phanh tái sinh và lực phanh cơ
khí nhằm nâng cao hiệu suất của bộ thu hồi năng lượng mà vẫn đảm bảo tính an tồn và
ổn định của ơ tơ trong quá trình phanh hoặc giảm tốc.
2. Nhiệm vụ đề tài
- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phanh tái tạo năng lượng và cơ sở lý thuyết về phân
phối lực phanh.
- Nghiên cứu, phân tích và xây dựng một số phương pháp điều khiển phân phối lực phanh
trên xe có sử dụng hệ thống phanh tái tạo năng lượng theo các kết quả nghiên cứu được
công bố.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu về sự phân phối lực phanh tái tạo
năng lượng và một số phương pháp điều khiển phân phối lực phanh của hệ thống tích hợp
giữa hệ thống kết hợp phanh tái sinh và phanh cơ khí.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về đối tượng đã chọn theo một số kết quả nghiên cứu
được công bố bởi các nhà nghiên cứu trước đây.
4. Phư ng pháp nghiên cứu
Sử dụng các phương pháp sau:
xii
- Tham khảo tài liệu: Dựa vào những tài liệu trên internet, sách báo nước ngồi, tài liệu
chun ngành ơ tô trên thư viện và nhiều nguồn tài liệu khác để có hướng nghiên cứu
thích hợp.
- Phương pháp tham khảo ý kiến.
- Dịch tài liệu: Chủ yếu dịch tiếng anh từ tài liệu hướng dẫn và các tài liệu nước ngoài.
5. Những nội dung ch nh của đề tài
Đề tài được trình bày trong 3 chương với cấu tr c như sau:
Mở đầu
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 sử dụng hệ
thống phanh tái tạo năng lượng.
Kiến nghị và kết luận
xiii
MỤC LỤC
LỜI CẢM N ...................................................................................................................... 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
D NH MỤC CÁC CHỮ VI T TẮT ............................................................................... xvi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................. xviii
DANH MỤC CÁC BẢNG ..............................................................................................xxii
CHƯ NG 1: TỔNG QU N CÁC HỆ THỐNG PH NH TÁI TẠO N NG LƯ NG ..... 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 thống RBS .........12
1.4. Các nghiên cứu về hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên thế giới ......................15
CHƯ NG 2: C SỞ L THUY T V PHÂN PHỐI LỰC PH NH ............................. 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 thống tích hợp (Kết hợp giữa phanh
tái sinh và phanh cơ khí) ................................................................................................ 33
CHƯ NG 3: MỘT SỐ PHƯ NG PHÁP ĐI U KHIỂN PHÂN PHỐI LỰC PHANH
TR N XE CÓ SỬ DỤNG HỆ THỐNG PH NH TÁI TẠO N NG LƯ NG ................ 37
.Sơ lược về phân phối lực phanh tái sinh ...................................................................37
xiv
B .Các phương pháp phân phối lực phanh tái sinh ........................................................40
I.Phương pháp phân phối dựa vào sự điều khiển 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 điện ....97
V. Nghiên cứu phương pháp phân phối lực phanh tái sinh theo biểu đồ phân phối
lực phanh lý tưởng .......................................................................................................105
C Nhận xét………………………………………………………………………...…116
K T LUẬN VÀ Đ NGHỊ ............................................................................................. 117
1.
Kết luận ..............................................................................................................117
2.
Đề nghị ...............................................................................................................117
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 119
xv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu và
Giải thích ý nghĩa
Ghi ch
RBS
Regenerative Braking System
Phanh tái sinh
CVT
Continuously Variable Transmission
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
chữ viết tắt
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
ph t
Tình trạng sạc của Pin
xvi
Mạng CAN – Một chuẩn
CAN
truyền thông tin cho xe
Controller Area Network
hơi
ECU
UDDS
PMSM
Đơn vị điều khiển động
ICE control Unit
Urban
cơ đốt trong
Dynamometer
Driving Chu trình thử nghiệm
động lực trong đơ thị
Schedule
Permanent
Synchronous Motor đồng bộ nam châm
Magnet
Motor
vĩnh cửu
DS
Deceleration Sensitive
Độ nhạy của sự giảm tốc.
ICE
Internal Combustion Engine
Động cơ đốt trong
HVB
Hybrid Vehicle Battery
Pin xe lai
ETH
ESP
Swiss
Federal
Institute
of Viện công nghệ liên bang
Technology
Thụy Sĩ
Electronic stability program
Hệ thống cân bằng điện tử
xvii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
K hiệu
Tên Hình vẽ
Trang
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 kiểu song song [5] .......4
Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng tái tạo khi phanh dưới dạng điện 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 trữ năng lượng 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 th ng đứng khi ơ tơ quay vịng .......................................25
Hình 2.3: Lực tác dụng lên ô tô khi phanh ........................................................................26
Hình 2.4: Đồ thị ch quan hệ giữa momen phanh cần sinh ra Mp1 và Mp2với hệ số bám φ
............................................................................................................................................30
Hình 2.5:Đồ thị ch quan hệgiữa Mp1 và Mp2 -1- Đầytải, -2- Không tải ............................ 30
xviii
Hình 2.6: Đồ thị ch quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau và dẫn động 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 điều 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 tr c 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 khiển ban đầu logic phanh thủy lực .........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
xix
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: T lệ sự phân phối lực phanh. ..........................................................................98
Hình 3.39: Mơ hình DVISOR 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 tr c của hệ thống phanh tái sinh. ..................................................106
Hình 3.49: Cấu tr c 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: Dòng 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
xx
Hình 3.55: Năng lượng được phục hồi với phương pháp điều khiển phanh lý tưởng ....115
xxi
DANH MỤC CÁC BẢNG
K hiệu
Tên Bảng
Trang
Bảng 3.1: Sự so sánh các kết quả mô phỏng của ba phương pháp....................................47
Bảng 3.2: Các thơng 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: Thông số mô 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
xxii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG
1.1.Lịch sử Hình thành của hệ thống phanh RBS
Như ch ng ta đã biết vấn đề nhiên liệu và ô nhiễm môi trường đang là thách thức
đối với các hãng sản xuất ô tô. Năng lượng truyền thống (năng lựợng hóa thạch) đang
ngày càng cạn kiệt, ơ nhiễm mơi trường ngày càng gia tăng đã và đang là những vấn đề
mang tính tồn cầu. Một trong những giải pháp để giảm thiểu vấn đề nêu trên được các
hãng xe đưa ra là chế tạo ra những dòng xe hybrid (lai). Một 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 được gọi là hệ thống hybrid [1]. Hiện nay, hệ thống xe hybrid kết
hợp giữa động cơ đốt 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 kiểu hỗn hợp[1].
Dù là kiểu hệ thống truyền lực nào đi nữa thì hệ thống hybrid đều phải có các bộ phận
như động 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 gi p dịng xe này
tiết 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: Một chiếc 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 =
2
sẽ 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 nếu như năng lượng này được 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 ch cần 25% năng lượng đó [tức là 25% của 47,8(kj)
= 11,95(kj)]. Năng lượng này đủ để gia tốc chiếc xe này lên tốc độ từ 0 đến 32(km/h)
[17].
Thật ra thì ý tưởng về hệ thống phanh tái sinh năng lượng đã có từ rất lâu và được
sử dụng rộng rãi trên tàu điện bằng việc sử dụng các mô tơ điện hoạt động với chức năng
như là các máy phát điện trong khi tác động phanh [2, 3]. Với việc cải tiến công nghệ chế
tạo các chi tiết và kỹ thuật điều khiển đã làm tăng hiệu suất của hệ thống phanh tái sinh
1
trên tàu điện. Một nghiên cứu cho thấy giảm 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 mức này bằng
việc sử dụng phanh tái sinh bởi vì khơng giống như mơ tơ điện q trình chuyển đổi năng
lượng trong động cơ đốt trong không thể được phục hồi [1]. Mặt khác khối lượng của ô
tô nhỏ hơn tàu điện do đó năng lượng qn tính của nó nhỏ hơn tàu điện nên lượng năng
lượng thu hồi và tích trữ khi phanh được sẽ ít hơn. Thêm vào đó cần phải có các thiết bị
biến đổi và tích trữ năng lượng. Theo các nghiên cứu gần đây thì năng lượng được tái tạo,
biến đổi và tích trữ dưới các dạng 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 tạo khi phanh
Các phư ng án t ch trữ n ng ượng 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.
Tích trữ năng lượng kiểu pin điện và tụ điện.
Tích trữ năng lượng kiểu khí nén.
2
Sau đây ch ng ta cùng phân tích về các phương pháp tích trữ năng lượng trên:
1.2. Phư ng pháp t ch trữ n ng ượng phanh
1.2.1. Hệ thống RBS với kiểu t ch trữ n ng ượng dưới dạng các bộ t ch n ng thủy
lực
Các hệ thống tích trữ năng lượng dưới dạng thủy lực đã được nghiên cứu và ứng
dụng trong công nghiệp ô tô trong nhiều năm [1]. Một bộ tích trữ thủy lực Hình trụ có thể
tích trữ được một lượng dầu áp suất lớn. Thiết bị này tích trữ năng lượng bằng việc nén
một chất khí (thường là khí Nitơ) [34]. Khí này nhẹ, rẻ mà lại cung cấp năng lượng tốt.
Một hệ thống hybrid thủy lực thường có một bộ tích năng, một bình chứa dầu, và một
bơm/mơ tơ thủy lực (bơm thủy lực có thể hoạt động như một mơ tơ thủy lực).
Cũng giống như xe điện, hệ thống hybrid thủy lực này cũng ít hiệu quả ở tốc độ
thấp bởi vì tổn hao cơ lớn. Thêm vào đó, dung lượng và kết cấu của bộ tích trữ thủy lực
cũng cần được quan tâm cải thiện về trọng lượng bản thân của nó. Có 2 kiểu kết cấu hệ
thống truyền lực Hybrid thủy lực [1]. Kiểu thủy tĩnh thuần t y (tích hợp hay nối tiếp)
được dựa trên hộp số thủy tĩnh thuần t y và yêu cầu một bơm và bơm/mô tơ bơm. Chức
năng của mơ tơ/bơm thì hoạt động phụ thuộc vào xe và sẽ dẫn động xe khi phanh tái sinh
được tác dụng [34].
Hình 1.2: Hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng thủy lực kiểu nối tiếp
Kết cấu này cho phép phanh tái sinh và tích trữ năng lượng vào bộ tích năng và
năng lượng này sẽ dẫn động xe khi tăng tốc thông qua hộp số [34].
3
