Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật ô tô: Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng cho ô tô điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của tóm tắt luận án "Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng cho ô tô điện" là thiết kế bộ điều khiển động lực học dọc của xe theo hành vi người lái, nhằm giảm ảnh hưởng của phương thức đạp ga của người lái đến suất tiêu thụ năng lượng ô tô điện trong tình huống đi theo xe phía trước. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật ô tô: Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng cho ô tô điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ THANH NHÀN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NHẰM CẢI THIỆN HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CHO Ô TÔ ĐIỆN Ngành: Kỹ thuật ô tô Mã số: 9520130 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Ô TÔ Hà Nội – 2024
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Đàm Hoàng Phúc 2. PGS.TS. Nguyễn Thành Công Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. Đàm Hoàng Phúc, Nguyễn Thành Công, Lê Văn Nghĩa, Lê Thanh Nhàn, *Đậu Văn Đức, Đinh Bá Tiệp, Phạm Văn Sang, Lê Văn Tài, Nguyễn Trung Đạt, Nguyễn Trọng Long, Nguyễn Tuấn Đức (2021), “Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng ô tô điện”, Student Forum 2021 - Sustainable Energy, ISBN: 978- 604-316-339-1, tr. 514-520. 2. Lê Thanh Nhàn, Nguyễn Hữu Phượng, Đàm Hoàng Phúc, Nguyễn Thành Công (2022), “Tính toán khả năng phanh tái sinh trên ô tô điện”, Tạp chí cơ khí việt nam số 295, tháng 10 năm 2022, tr. 98-105. 3. Lê Văn Nghĩa, Đàm Hoàng Phúc, Lê Thanh Nhàn, Đậu Văn Đức, Phạm Quốc Huy (2022), “Nghiên cứu sự ảnh hưởng các thông số vận hành đến suất tiêu thụ năng lượng của ô tô điện”, Tạp chí cơ khí việt nam, số đặc biệt, tháng 11 năm 2022, tr. 266-275. 4. Le Thanh Nhan, Le Hue Tai Minh, Dam Hoang Phuc, Nguyen Thanh Tung (2023), “An overview of BEV regenerative braking energy calculation”, The International scientific and practical conference "Automotive and tractor construction", https://rep.bntu.by/handle/data/139586, ISBN 978-985-583-994- 2, Tom 1, pp. 116-122, BNTU – Minsk. 5. Đậu Văn Đức, *Lê Thanh Nhàn, Đàm Hoàng Phúc, Nguyễn Thành Công, Phạm Quốc Huy (2023), “Nghiên cứu sự ảnh hưởng thông số hệ số bám đến suất tiêu thụ năng lượng của xe điện”, Tạp chí khoa học giao thông vận tải, Số 10-2023, tr. 169- 175. 6. Lê Huệ Tài Minh, Đàm Hoàng Phúc, Lê Thanh Nhàn, Nguyễn Văn Hiếu (2023), “Đánh giá năng lượng phanh tái sinh cho xe điện trên các chu trình chạy xe khác nhau”, Tạp chí khoa học giao thông vận tải, Số 10-2023, tr. 199-205. 7. Le Thanh Nhan, Dam Hoang Phuc, Le Hue Tai Minh, S. V. Kharytonchyk, V. A. Kusyak, Nguyen Thanh Cong (2024),“The Influence of Road Adhesion Coefficient on Energy Consumption and Dynamics of Battery Electric Vehicles”, Science and Technique, https://sat.bntu.by/jour/article/view/2762, https://doi.org/10.21122/2227-1031-2024-23-2-151-162, Том 23, № 2 (2024), pp. 151-162 – ISI.
MỞ ĐẦU Xe điện ngày càng được thiết kế tối ưu về mặt năng lượng, nhưng có nhiều kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra hành vi khác nhau của người lái sẽ ảnh hưởng đến suất tiêu thụ năng lượng và tạo ra sự phân tán và chênh lệch lớn về tiêu hao năng lượng giữa những người lái có hành vi lái xe khác nhau trên cùng một điều kiện vận hành. Do đó luận án này muốn đi tìm hiểu sâu hơn về lý do của sự sai khác này và đề xuất các giải pháp để giảm bớt ảnh hưởng của hành vi người lái đến suất tiêu thụ năng lượng trên ô tô điện. Sau khi xây dựng mô hình xe và mô hình đạp ga của người lái, kết hợp hai mô hình này mô phỏng đã thể hiện được mối quan hệ hành vi người lái, động lực học (ĐLH) và năng lượng. Từ đó luận án đã đề xuất thuật toán điều khiển để tiết kiệm năng lượng và giảm sự chênh lệch về suất tiêu hao năng lượng giữa những người lái. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Ảnh hưởng của hành vi người lái và xây dựng mô hình người lái 1.2.1. Ảnh hưởng của người lái đến động lực học và năng lượng Khi điều khiển xe thì tùy theo sở thích, sức khỏe, tâm trạng mà người lái có hành vi đạp ga khác nhau. Chính hành vi đạp ga này sẽ ảnh hưởng đến suất tiêu thụ năng lượng của xe [9,10]. Và do vậy, hành vi người lái ảnh hưởng đến suất tiêu thụ năng lượng của ô tô điện. Động lực học của xe liên quan đến tiêu hao năng lượng vì vậy cải thiện thông số ĐLH sẽ cải thiện được suất tiêu hao năng lượng của xe điện. 1.2.2. Mô hình người lái a) Các trạng thái điều khiển xe: Theo nghiên cứu của tác giả Masao Nagai năm 2009 [23], hoàn toàn có thể dựa vào các thông số hoạt động của xe như: vận tốc xe, khoảng cách tương đối giữa hai xe, vận tốc tương đối giữa hai xe, thời gian khoảng cách giữa hai xe, thời gian xãy ra va chạm, gia tốc dài của xe để ước lượng được trạng thái xe đang hoạt động. Kết quả ước lượng trạng thái hoạt động của xe cho thấy rằng tình huống đi theo xe phía trước là tình huống xảy ra nhiều nhất và có độ chính xác ước lượng đến 98,2%. Do đó trong phạm vi luận án giới hạn khảo sát ở trạng thái điều khiển xe đi theo xe phía trước. Vì vậy mô hình người lái được xây dựng ở chương 2 và bộ điều khiển được thiết kế ở chương 4 cũng chỉ được khảo sát trong tình huống này. b) Các mô hình đạp ga của người lái: Tác giả D.H.Phuc và cộng sự năm 2018 [24], đã giới thiệu mô hình đạp ga của người lái trên xe tải với giả thiết lái xe trong tình huống bám đuôi ô tô phía trước. Mô hình điều khiển được đề xuất đã sử dụng vận tốc xe phía trước làm tín hiệu truyền tiếp, sai số khoảng cách và sai số vận tốc làm tín hiệu phản hồi. Ở dạng không gian trạng thái, mô hình có thể được biểu diễn dưới dạng: 2
(1.3) Trong đó, Phm biểu thị hành trình đạp ga của người lái, Vp là vận tốc xe đi trước,h là hằng số thời gian bậc một của người lái, Hx [1/m], HV [s/m] và CV [s/m] là hệ số điều khiển của người lái đạt được tương ứng với chênh lệch khoảng cách, chênh lệch vận tốc và vận tốc xe trước đó, ed là sai số khoảng cách, eV là sai số vận tốc/ Nhận thấy có thể cải tiến mô hình người lái này đơn giản hơn bằng cách sử dụng hai tham số Hx [1/m] và HV [s/m] để mô tả đặc tính của người lái. Với Hx [1/m] là tham số đặc trưng cho khả năng cảm nhận khoảng cách của người lái, HV [s/m] là tham số đặc trưng cho khả năng cảm nhận vận tốc của người lái. 1.3. Mô phỏng và điều khiển ô tô điện 1.3.1. Mô phỏng ô tô điện Để khảo sát mối quan hệ ĐLH và năng lượng của ô tô điện, trong luận án này đã tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng ô tô điện. Mô hình xe điện dựa trên các phương trình ĐLH của xe, các điều kiện lực kéo, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của xe, đặc biệt có chú trọng đến mô hình độ trượt của bánh xe. Dựa trên các yêu cầu lực kéo và đặc tính của mô tơ điện lựa chọn nguồn năng lượng cung cấp đáp ứng điều kiện vận hành của xe. [30,34]. 1.3.2. Phân tích hiệu quả sử dụng năng lượng của xe thuần điện (BEV) Theo nghiên cứu của tác giả Younsun Kim [35] tốc độ xe và gia tốc xe có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sử dụng năng lượng được thể hiện trong hình 1.13. Thấy rằng khi xe vận hành với gia tốc càng lớn thì mức tiêu thụ năng lượng càng cao, xe vận hành với tốc độ càng cao thì suất tiêu thụ năng lượng càng lớn. Theo nghiên cứu này khi xe vận hành với mức ga càng lớn thì mức tiêu thụ năng lượng càng lớn. Cùng một mức ga nếu tốc độ xe đạt được càng cao thì hiệu quả năng lượng càng tốt [36]. Như vậy để giải quyết các vấn đề về quản lý năng lượng của ô tô 3
điện cần khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng của ô tô điện từ đó thiết kế bộ điều khiển ĐLH của ô tô điện nhằm đưa ô tô điện hoạt động trong vùng đạt hiệu quả cao về mặt năng lượng. 1.3.3. Nghiên cứu điều khiển ô tô điện 1.3.3.1. Hệ thống điều khiển "intelligent pedal" Trong những năm gần đây, đã có một số hệ thống “bàn đạp ga thông minh” xuất hiện, là thiết bị của nhà sản xuất hoặc là phần cứng được thiết kế lắp bổ sung lên xe. Những hệ thống “bàn đạp ga thông minh” này có thể được lắp đặt trên các phương tiện có khả năng giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải động cơ bằng cách điều khiển quá trình tăng tốc êm dịu hơn, ít ảnh hưởng đến thời gian di chuyển hoặc sự an toàn. Dưới đây là một số nghiên cứu liên quan đến chủ đề này. a) Hệ thống “ECO pedal” [37] b) Hệ thống “Active pedal” của Bosch [38] c) Bộ điều khiển hiệu chỉnh tín hiệu bàn đạp ga [39] d) Hệ thống “SmartPedalTM” Những nghiên cứu trên cho thấy rằng hoàn toàn có thể điều khiển tốt tín hiệu ga để cải thiện được hiệu quả hoạt động của xe và tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu. Đây là cơ sở cho luận án thiết kế bộ điều khiển hiệu chỉnh tín hiệu điều khiển ga nhằm cải thiện năng lượng ở chương 4. 1.3.3.2. Giải pháp điều khiển động lực học Tác giả D.H.Phuc và cộng sự năm 2009 [41], đã sử dụng mô hình người lái để khảo sát và xây dựng chiến lược phân phối momen xoắn cho xe tải hybrid có quan tâm ảnh hưởng của hành vi người lái đến tiêu hao năng lượng. Trong nghiên cứu này tác giả đã đề xuất giải pháp cải thiện hiệu suất của xe tải hybrid khi vận hành giữa nhiều người lái có đặc tính khác nhau. Nghiên cứu đã xây dựng mối quan hệ giữa các thông số đặc tính người lái với các thông số ĐLH và năng lượng của xe cho thấy rằng hành vi người lái ảnh hưởng lớn đến năng lượng của xe hybrid. Tác giả đã sử dụng thuật toán LQR để xây dựng bộ điều khiển động lực học theo hành vi người lái nhằm cải thiện năng lượng 4
cho xe hybrid. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bằng cách cải thiện khả năng lái xe, bộ điều khiển hybrid được đề xuất có khả năng cải thiện năng lượng 12% và cũng giảm 9% độ phân tán năng lượng giữa những người lái khác nhau. Từ kết quả các nghiên cứu trên cho thấy thuật toán LQR phù hợp với điều khiển ĐLH ô tô điện. Thấy rằng điều khiển tốt động lực học của xe hoàn toàn có thể cải thiện được năng lượng. Luận án xác định mục tiêu thiết kế bộ điều khiển hiệu chỉnh tín hiệu đạp ga của người lái nhằm cải thiện các thông số động lực học của xe và cải thiện năng lượng, trong tình huống cụ thể là lái xe đi theo xe phía trước. Để thực hiện công việc này luận án xác định các nội dung thực hiện như hình 1.19. Hình 1.19. Sơ đồ các nội dung thực hiện của luận án 5
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC HỌC NGƯỜI- XE ĐIỆN Để khảo sát được ảnh hưởng của hành vi người lái đến ĐLH và ĐLH đến tiêu thụ năng lượng của xe, luận án tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng ô tô điện và mô hình đạp ga của người lái. Mô hình ô tô điện được xây dựng dựa trên các phương trình ĐLH của xe, các điều kiện lực kéo, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của xe, đặc biệt có chú trọng đến mô hình độ trượt của bánh xe [34]. Mô hình đạp ga của người lái đã mô tả được hành vi đạp ga của người lái, thể hiện được đặc tính người lái và kết hợp với mô hình xe thể hiện được mối quan hệ ĐLH Người - Xe điện. 2.1. Xây dựng mô hình xe điện Cấu trúc của một xe điện gồm các bộ phận chính sau: pin để lưu trữ năng lượng cho xe hoạt động, động cơ điện để chuyển điện năng sang cơ năng để tạo lực kéo xe ở bánh xe chủ động và chuyển từ động năng của xe sang điện năng ở chế độ phanh. Tất cả các thành phần của ô tô điện được mô hình hoá như hình 2.1 [30]. Hình 2.1. Mô hình các khối chính trên ô tô điện VF e34 6
Các mô hình thành phần của xe BEV được xây dựng trên cơ sở các công thức theo sơ đồ hình 2.24. Hình 2.24. Sơ đồ mô hình xe 2.2. Khảo sát ảnh hưởng một số thông số đến ĐLH và năng lượng 2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám đến ĐLH và năng lượng 2.2.1.1. Kịch bản khảo sát Hình 2.25. Sơ đồ khảo sát mô hình xe điện ở các điều kiện hệ số bám khác nhau Để đánh giá ảnh hưởng của hệ số bám đến ĐLH và sự tiêu thụ năng lượng, tiến hành khảo sát tiêu thụ năng lượng khi tăng tốc từ 0 7
đến 60 km/h ở các loại đường có hệ số bám 0.3, 0.5, 0.8 với các mức ga khác nhau (dạng step), ở chế độ Normal. 2.2.1.2. Kết quả khảo sát Tổng hợp các kết quả gia tốc trung bình atb và suất tiêu thụ năng lượng E ở các mức ga khác nhau được đồ thị hình 2.27. Hình 2.27. Đồ thị mối quan hệ giữa gia tốc trung bình và suất tiêu thụ năng lượng ở các đường hệ số bám khác nhau Xe chạy trên điều kiện đường có hệ số bám càng thấp ở mức ga càng cao thì trượt lớn hơn, gia tốc trung bình đạt được thấp hơn, suất tiêu thụ năng lượng cao hơn. 2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của phương thức đạp ga đến ĐLH và năng lượng 2.2.2.1 Kịch bản khảo sát a) Tốc độ đạp ga khác nhau (ramp) b) Mức ga khác nhau (step) Hình 2.28. Các phương thức đạp ga của người lái Để đánh giá sự tiêu thụ năng lượng của xe điện ứng với các phương thức đạp ga khác nhau của người lái, tiến hành khảo sát tiêu thụ năng lượng của xe điện khi tăng tốc từ 0 đến 60 km/h ở hai phương thức bàn đạp ga dạng step và dạng ramp. Xe hoạt động trong điều kiện 8
đường bê tông khô hệ số bám  = 0.8, ở chế độ Normal. 2.2.2.2 So sánh các thông số ĐLH và năng lượng của phương thức đạp ga có mức ga (step) và tốc độ đạp ga (ramp) khác nhau Để so sánh ĐLH và năng lượng ở hai phương thức đạp ga có mức ga (step) và tốc độ đạp ga (ramp) khác nhau, tổng hợp kết quả gia tốc trung bình và suất tiêu hao năng lượng ta được đồ thị hình 2.38. Hình 2.38. Đồ thị mối quan hệ giữa gia tốc trung bình và suất tiêu hao năng lượng ở các phương thức đạp ga Ở mỗi gia tốc trung bình mong muốn thì tồn tại một mức ga tiết kiệm năng lượng mà người lái cần điều khiển đạt mức ga đó càng nhanh càng tốt. Mỗi phương thức đạp ga khác nhau thì thông số ĐLH xe và năng lượng khác nhau, phương thức bàn đạp ga của người lái ảnh hưởng rõ rệt tới tính kinh tế năng lượng ô tô điện. Kiểu đạp ga ramp10 và step70 cùng đạt vận tốc 60 km/h trong 15 s, tuy nhiên lại có suất tiêu hao năng lượng khác nhau rất nhiều, ramp10 cao hơn 1,85 lần so với step70. Với các kết quả thông số hoạt động của động cơ, pin và ĐLH của xe thấy rằng ba yếu tố tạo nên sự sai khác năng lượng ở hai phương thức đạp ga: + Tổn thất do hiệu suất động cơ; + Tổn thất năng lượng trong pin; + Tổn thất do huy động công suất cao ở tốc độ cao. Từ kết quả khảo sát, thấy rằng các phương thức đạp ga có mức ga và tốc độ đạp ga khác nhau ảnh hưởng lớn đến sự tiêu thụ năng lượng của ô tô điện. Tuy nhiên trong quá trình điều khiển xe thì trong một tình huống cụ thể những người lái khác nhau có thể đạp ga với 9
tốc độ đạp ga và mức ga khác nhau. Vì vậy, để khảo sát đặc tính từng người lái khác nhau ảnh hưởng đến quyết định phương thức đạp ga như thế nào. Cần thiết xây dựng mô hình người lái thể hiện được phương thức đạp ga (mức ga và tốc độ đạp ga) của từng người lái khác nhau. 2.3. Xây dựng mô hình đạp ga của người lái Giả thiết người lái là bộ điều khiển vận tốc của xe phía sau với mong muốn là điều khiển vận tốc xe bám theo vận tốc Vdes của xe phía trước, đồng thời giữ khoảng cách an toàn L với xe phía trước. Mức đạp ga của người lái tỷ lệ với độ chênh lệch vận tốc và khoảng cách giữa hai xe được mô tả bằng công thức: 𝑃ℎ = 𝐾 𝑣 . 𝑒 𝑣 + 𝐾 𝑙 . 𝐿 (2.31) + 𝑒 𝑣 : Sai số vận tốc của hai xe: 𝑒 𝑣 = 𝑉 𝑑𝑒𝑠 − 𝑉 (2.32) 𝑡 (2.33) + L: Khoảng cách hai xe: L =∫ 𝑒 𝑣 𝑑𝑡 + 𝐿0 . 0 + 𝐾v : là hệ số cảm nhận sai lệch vận tốc của người lái. + 𝐾 𝑙 : là hệ số cảm nhận khoảng cách của người lái. + 𝐿0 : là khoảng cách ban đầu giữa hai xe. 2.4. Khảo sát đánh giá mô hình đạp ga của người lái 2.4.1. Kịch bản khảo sát Để đánh giá mô hình đạp ga của người lái luận án chọn khảo sát một phần của chu trình EUDC trong khoảng thời gian từ 0 đến 120 giây [49, 50, 51]. Xe hoạt động trong điều kiện đường bê tông khô hệ số bám 0.8 ở chế độ Normal. Hình 2.48. Sơ đồ khảo sát mô hình hệ thống Người – Xe điện Trong khảo sát này NCS chọn 121 kịch bản có các hệ số như sau [24] để khảo sát: Kv = [0,005; 0,005; 0,055], Kl = [0,005; 0,005; 0,055] 10
2.4.2. Kết quả khảo sát đánh giá hoạt động của mô hình người lái a) Mức đạp ga b) Tốc độ đạp ga Hình 2.51. Đồ thị đặc trưng hành vi đạp ga của người lái Người lái có hệ số cảm nhận sai lệch vận tốc Kv càng lớn vì cảm nhận tốt sự thay đổi vận tốc nên phản xạ đạp ga nhanh nhưng mức ga lớn nhất càng nhỏ. Người lái có hệ số cảm nhận khoảng cách Kl càng lớn thì phản xạ nhanh với sự thay đổi khoảng cách với xe phía trước, nên khi xe phía trước tăng tốc thì phản ứng nhanh với việc điều khiển chân ga dẫn đến mức ga lớn nhất càng lớn và tốc độ đạp ga càng cao. Như vậy thấy rằng mô hình đạp ga của người lái với hai thông số đặc trưng Kl, Kv đã mô tả được hành vi đạp ga của người lái được thể hiện cụ thể qua hai thông số mức đạp ga, tốc độ đạp ga. 2.4.3. Kết quả khảo sát mối quan hệ hành vi người lái đến ĐLH và năng lượng tiêu thụ của xe 2.4.3.1. Ảnh hưởng hành vi người lái đến ĐLH và năng lượng Người lái cảm nhận sai lệch vận tốc tốt (Kv=0,055, Kl = 0,005) và người lái cảm nhận sai lệch vận tốc kém (Kv=0,005, Kl = 0,005), khi cùng kịch bản lái xe trong 120 giây đầu chu trình EUDC thì cho ra kết quả sai khác về năng lượng 5,2%. Để giải thích lý do của sự sai khác về năng lượng này, luận án tiến hành khảo sát so sánh các thông số sau: 11
+ So sánh các thông số hoạt động của động cơ điện Kết quả của người lái cảm nhận vận tốc kém động cơ làm việc có 40% thời gian làm việc ở vùng hiệu suất thấp dưới 88%, trong khi người lái điều khiển vận tốc tốt vùng làm việc này chỉ có 14%. + So sánh các thông số điện năng Người lái cảm nhận vận tốc tốt thì điều khiển mức ga tăng vừa phải nên giảm được tổn thất năng lượng trong pin 27%. + So sánh các thông số ĐLH và năng lượng của xe Người lái cảm nhận vận tốc kém điều khiển xe vọt lố nên cần phải phanh để giảm tốc, với phần năng lượng quán tính âm lãng phí là 65,48 Wh, mặc dù ô tô điện có phanh tái sinh nhưng chỉ tái tạo được phần năng lượng 13,58 Wh (20,75%). Người lái có hệ số cảm nhận sai lệch vận tốc tốt, nhờ điều khiển tốt chân ga trong quá trình tăng tốc nên động cơ và pin hoạt động trong vùng hiệu suất cao hơn và không phải phanh xe để giảm tốc. Vì vậy, giảm được tổn hao cho hiệu suất động cơ, giảm tổn hao do tỏa nhiệt trên điện trở trong của pin và giảm mất mát do phần năng lượng quán tính âm, nhờ đó suất tiêu thụ năng lượng cải thiện được 5,2% so với người lái cảm nhận sai lệch vận tốc kém. 2.4.3.2. Khảo sát mối quan hệ hành vi người lái và khả năng bắt vận tốc. Hình 2.58. Đồ thị khả năng Hình 2.59. Đồ thị khả năng bắt vận tốc bắt vận tốc của người lái của những người lái cùng Kv hoặc Kl 12
Chênh lệch khả năng bắt vận tốc S giữa những người lái có cảm nhận sai lệch vận tốc (Kv) và cảm nhận khoảng cách (Kl) khác nhau là 5,5 lần, S thay đổi theo Kv nhiều hơn theo Kl. Người lái có cảm nhận sai lệch vận tốc càng tốt (Kv càng lớn) thì bắt vận tốc càng tốt, hình thành mối quan hệ tuyến tính giữa Kv-S. Người lái có cảm nhận khoảng cách càng tốt (Kl càng lớn) thì bắt vận tốc càng tốt nhưng không có quan hệ rõ rệt Kl và S. 2.4.3.3. Khảo sát mối quan hệ giữa người lái và năng lượng Hình 2.60. Đồ thị mối quan hệ Hình 2.61. Đồ thị năng lượng của giữa người lái và năng lượng những người lái cùng Kv hoặc Kl Chênh lệch E giữa những người lái có cảm nhận sai lệch vận tốc (Kv) và cảm nhận khoảng cách (Kl) khác nhau là 20%, kết quả này cũng khá phù hợp với các công bố từ thực nghiệm. Hệ số cảm nhận sai lệch vận tốc Kv có ảnh hưởng nhiều hơn đến tiêu hao năng lượng E, chênh lệch 1,12 lần và hình thành quan hệ tuyến tính Kv - E. Hệ số cảm nhận khoảng cách Kl thì ít ảnh hưởng đến E, quan hệ Kl và E không rõ rệt. Như vậy, mô hình người lái mô tả được mối quan hệ giữa hành vi người lái và suất tiêu thụ năng lượng E (Wh/km). 13
2.4.3.4. Khảo sát quan hệ giữa khả năng bắt vận tốc và suất tiêu thụ năng lượng Với những người lái có hệ số cảm nhận sai lệch vận tốc Kv càng lớn thì với khả năng bắt vận tốc S (m) càng nhỏ thì suất tiêu thụ năng lượng càng nhỏ và mối quan hệ được hình thành tuyến tính. Khả năng bắt vận tốc S (m) ảnh hưởng trực tiếp đến suất tiêu thụ năng lượng E (Wh/km), thấy rằng cải thiện khả năng bắt vận tốc tốt lên 3,5 lần thì có thể cải thiện được 12% năng lượng đối với các người lái có hệ số Kv khác nhau. Hình 2.62. Đồ thị mối quan hệ giữa khả năng bắt vận tốc và năng lượng Tuy nhiên với những người lái có hệ số Kl tăng thì khả năng bắt vận tốc có xu hướng giảm nhưng lại tăng về mặt năng lượng, chênh lệch về khả năng bắt vận tốc là 2,7 lần, tuy nhiên chênh lệch về năng lượng khi thay đổi Kl là không đáng kể, khoảng 3%. Khi thay đổi Kl thì không hình thành mối quan hệ tuyến tính giữa khả năng bắt vận tốc S và suất tiêu thụ năng lượng E. Như vậy, khả năng bắt vận tốc tốt của người lái do cảm nhận vận tốc tốt thì mới có khả năng cải thiện năng lượng, còn khả năng bắt vận tốc tốt của người lái như do cảm nhận khoảng cách tốt thì không tiết kiệm năng lượng. Vì vậy, có thể thấy rằng hỗ trợ người lái về khả năng cảm nhận sai lệch vận tốc (hệ số Kv) thì sẽ cải thiện năng lượng nhiều hơn khả năng cảm nhận khoảng cách (hệ số Kl). Do đó, để tối ưu được năng lượng trên ô tô điện, ta có thể thiết kế mô hình người lái điều khiển ĐLH bám vận tốc tốt và tác động vào thông số Kv thì sẽ tốt hơn Kl. 14
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH XE ĐIỆN VÀ KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH 3.1. Thí nghiệm xác định đường đặc tính momen và công suất 3.1.1. Mục tiêu thí nghiệm Mục tiêu của thí nghiệm nhằm xác định đường đặc tính thực tế của mô tơ điện trên xe VF e34, xác định khả năng sinh ra momen và công suất lớn nhất của động cơ điện ở các dải tốc độ khác nhau của động cơ. 3.1.2. Lựa chọn thiết bị Với yêu cầu của thí nghiệm cần xác định momen và công suất lớn nhất của động cơ điện ở các vận tốc khác nhau, ta sử dụng bệ thử công suất Ahs Multiflex Easy. Với thiết bị này có thể điều chỉnh lực cản ở bệ thử tác dụng lên xe và thu thập được thông số lực kéo, công suất ở các dải vận tốc khác nhau. 3.1.3. Kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu Sau khi thu thập được giá trị các thông số vận tốc, lực kéo và công suất, từ đó xác định được vận tốc góc, momen mô tơ, công suất mô tơ. Với các số liệu tính toán được tiến hành xây dựng được đặc tính momen và công suất của động cơ xe điện VF e34 như hình 3.8. Nhận định vị trí công suất đạt cực đại tại vận tốc góc chuyển đổi ωc = 4500 vòng/phút, momen lớn nhất là Mmax=168 Nm (sai lệch 5%), công suất lớn nhất Pmax = 80 kW (sai lệch 6,6%), các sai lệch Vận tốc góc mô tơ  (vg/ph) này đều nhỏ hơn 10% so với thông số của nhà sản xuất công bố. Hình dạng đặc tính khá phù Hình 3.8. Đường đặc tính động cơ hợp với đường đặc tuyến lý thuyết. 15
3.2. Thí nghiệm xác định tải trọng và thông số hình học của xe 3.2.1. Mục đích thí nghiệm Để mô phỏng hoạt động của xe điện cần thiết phải có thông số cho mô hình như tải trọng của xe, các thông số hình học. Riêng thông số hình học của xe VF e34 thì nhà sản xuất ô tô không công bố nên cần được xác định bằng thực nghiệm. 3.2.2. Kết quả khảo sát Ta xác định tải trọng của từng cầu bằng cách đo trọng lượng từng cầu trên mặt phẳng ngang và đo trọng lượng cầu trước trên mặt phẳng nghiêng với các thông số hình học của xe được tính toán dựa trên cơ sở [55], tiến hành đo 5 lần và tổng hợp trung bình cộng các kết quả tính toán ta thu được kết quả như bảng 3.3. Bảng 3.3. Các thông số đầu vào của xe VF e34 STT Thông số Kí hiệu Kết quả 1 Khối lượng của xe (kg) 𝑚 1490 2 Chiều dài cơ sở (mm) 𝑙 2611 Khoảng cách từ trọng tâm xe 3 a 1,118 đến cầu trước (m) Khoảng cách từ trọng tâm xe 4 b 1,493 đến cầu sau (m) 5 Chiều cao trọng tâm (m) ℎg 0,649 3.3. Thí nghiệm đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng 3.3.1. Mục tiêu thí nghiệm: So sánh kết quả các thông số hoạt động về ĐLH và năng lượng của mô hình mô phỏng và kết quả của xe vận hành thực tế từ đó đánh giá độ tin cậy của mô hình 3.3.2. Lựa chọn thiết bị thí nghiệm: Luận án sử dụng bệ thử công suất Ahs Multiflex Easy để xác định các thông số lực kéo, công suất ở các vận tốc khác nhau. 3.3.3. Phương pháp thí nghiệm 3.3.4. Kết quả thí nghiệm: Tổng hợp kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm trên xe ở cả 3 chế độ Eco, Normal, Sport, kết quả được so sánh như trong bảng 3.5. 16
Hình 3.10. Sơ đồ thí nghiệm đánh giá độ tin cậy của mô hình Bảng 3.5. Bảng kết quả so sánh kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm Pwh (kW) Chế độ lái V (km/h) Mô phỏng Thực tế Sai số(%) 76 13.50 14 3.57 ECO 62 13.46 13.8 2.46 54 13.42 13.8 2.75 78 22.54 22 2.45 Normal 60 21.99 22 0.05 51 20.6 20 3.00 82 51.1 56.0 8.75 Sport 67 51.2 54.9 6.74 47 49.0 52.9 7.37 Dựa vào bảng tổng hợp so sánh kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm thấy rằng mức sai số đều dưới 10%. Qua đó có thể kết luận được tính chính xác của mô hình là phù hợp với thực tế, từ đó có thể sử dụng mô hình để khảo sát tính năng, hoạt động của xe VF e34. 17