Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng điều khiển xe hybrid

Chia sẻ: Mộ Dung Vân Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng điều khiển xe hybrid" nhằm tìm hiểu về giải pháp sử dụng ô tô lai (Hybrid). Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu kỹ hơn, nhóm em đã thực hiện đề tài: Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng điều khiển xe Hybrid. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng điều khiển xe hybrid

ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN XE HYBRID Nguyễn Quốc Huy*, Phạm Đức Thắng, Lê Quốc Việt Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Đỗ Nhật Trường TÓM TẮT Ngày nay, sự cần thiết về nhu cầu đi lại và vân chuyển hàng hóa đang rất lớn, kéo theo sự phát triển của các phương tiện giao thông để đáp ứng được nhu cầu của thị trường. Tuy nhiên, phương tiện giao thông càng đông đúc sẽ đi kèm với ô nhiễm môi trường càng nặng, nguồn tài nguyên dầu mỏ cạn kiệt và giá nhiên liệu tăng cao. Vì vậy, xu hướng cải tiến và chế tạo ô tô để giảm ô nhiễm môi trường và tiêu hao nhiên liệu là điều cấp thiết. Có nhiều giải pháp cải tiến trong những năm gần đây như là sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ô tô: LPG, khí thiên nhiên, điện, năng lượng mặt trời, ô tô lai (Hybrid)... Trong bài nghiên cứu khoa học này, nhóm chúng em sẽ tìm hiểu về giải pháp sử dụng ô tô lai (Hybrid). Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu kỹ hơn, nhóm em đã thực hiện đề tài: Ứng dụng Matlab Simulink trong mô phỏng điều khiển xe Hybrid với sự hướng dẫn của ThS. Đỗ Nhật Trường. Trong bài nghiên cứu khoa học, đối tượng mà em hướng đến là thiết kế và mô phỏng sơ đồ điều khiển của một chiếc xe lai kiểu song song bằng phần mềm Matlab Simulink trên chủ thể là xe Vios 1.5G 2013 của hãng Toyota với mục tiêu cải tạo một chiếc xe sử dụng động cơ truyền thống thành một chiếc xe lai kiểu song song tiết kiệm nhiên liệu hơn. Từ khóa: Hybrid, Ô tô, Nhiên liệu, Nghiên cứu, Ứng dụng Matlab Simulink. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, chúng ta có thể thấy ô tô có mặt khắp nơi, mọi vùng miền của Quốc gia. Theo trang “http:/www.vr.org.vn” đã thống kê cho đến tháng 9/2022 đã có hơn 4.9 triệu ô tô đang được sử dụng trên cả nước. Chính phủ, Bộ GTVT và UBND các tỉnh, thành phố đã có hàng loạt các giải pháp giảm ô nhiễm môi trường từ khí thải độc hại của ô tô gây ra như: ban hành các thông tư nghị định về tiêu chuẩn khí thải, xây dựng cơ sở hạ tầng di chuyển bằng ô tô công cộng. Đặc biêt, thật tự hào khi Công ty Cổ phần sản xuất và kinh doanh Vinfast đã cho ra đời các mẫu xe điện VF 5 Plus, VF e34, VF 8 và VF 9 đã góp phần cải thiện ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên trong bối cảnh thực tế ở giai đoạn đầu phát triển ô tô sạch, việc trang bị phủ khắp cơ sở hạ tầng để phục vụ cho ô tô điện còn nhiều trở ngại và khó khăn. Thì có lẽ ô tô kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện được coi là phù hợp nhất ở giai đoạn này, nhằm đáp ứng tính khắt khe môi trường đô thị và tính nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu. Tác giả của đề tài “Nghiên cứu xây dựng giải thuật xác định quỹ đạo phối hợp công suất tối ưu trong xe Hybrid” Nguyễn Hoàng Mai Nghiên cứu xây dựng thuật toán tối ưu điều khiển tỉ số phân chia công 231
suất để nâng cao chất lượng điều khiển quá trình chuyển động của xe Hybrid và nghiên cứu mô hình bài toán hàm mục tiêu tối ưu quá trình điều khiển để cực tiểu tiêu hao nhiên liệu. Tác giả của cuốn sách “Kỹ Thuật ô tô Hybrid” TS. Nguyễn Văn Tụy đã trình bày đầy đủ cơ sở lý thuyết và tính toán thiết kế hệ thống truyền lực xe Hybrid. Dựa vào đó, nhóm em có thể tham khảo và nghiên cứu khảo lược về đề tài “Ứng dụng matlab simulinktrong mô phỏng điều khiển xe Hybrid” với mục tiêu của đề tài là hướng đến thiết kế và mô phỏng sơ đồ điều khiển của một chiếc xe lai kiểu song song bằng phần mềm Matlab Simulink trên chủ thể là xe Vios 1.5G 2013 của hãng Toyota. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HYBRID BẰNG MATLAB SIMULINK 2.1 Cơ sở lý thuyết Xe Hybrid được phân thành ba loại chính: xe lai kiểu nối tiếp, xe lai kiểu song song, xe lai kiểu hỗn hợp. Trong đề tài này, chúng ta nghiên cứu về hệ thống hybrid kiểu song song. Sơ đồ điều khiển tổng quát của hệ thống truyền lực Hybrid kiểu song song được thể hiện ở “hình 1” gồm bộ điều khiển xe, điều khiển động cơ, điều khiển motor điện, điều khiển phanh cơ khí. Bộ điều khiển xe thu thập dữ liệu từ người lái xe và tất cả các thiết bị và gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị điều khiển, điều khiển cục bộ. Mỗi thiết bị điều khiển sẽ điều khiển các hoạt động của các thiết bị tương ứng để đáp ứng yêu cầu của hệ thống truyền lực. Hình 1: Sơ đồ điều khiển tổng quát của hệ thống truyền lực Hybrid kiểu song song 2.2 Xây dựng hệ thống điều khiển Hybrid bằng Matlab Simukink 232
Hình 2: Sơ đồ điều khiển của một chiếc xe lai kiểu song song dưới dạng Simulink Sơ đồ điều khiển thể hiện sự liên kết giữa các khối. Sơ đồ được chia làm 4 phần chính: - Khối đầu vào (Driver): các đặc tính của các chu trình thử (FPT_Highway, ECE_R15) và các tín hiệu yêu cầu của người lái (tốc độ, tay số) sẽ được xử lí. - Khối điều khiển (controller): từ vận tốc yêu cầu của người lái (Vc) và các tín hiệu vận tốc của xe (Vx), SOC (dung lượng của Pin) được gửi về bộ điều khiển để xử lí đáp ứng vận tốc yều cầu của người lái. - Khối chấp hành (executive): khối motor, engine, transmission… từ tín hiệu sức kéo yêu cầu của bộ điều khiển, các khối chấp hành sẽ đáp ứng yêu cầu từ bộ điều khiển. Thông qua khớp mô-men (torque coupling), hộp số (transmission), truyền lực vi sai (differential gear) mô-men sẽ được truyền tới bánh xe. - Khối đầu ra (output): khối vehicle, battery nhận tín hiệu lực kéo, công suất và tính toán vận tốc xe, mức SOC (dung lượng của Pin) của bình. 2.3 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thực nghiệm: ở phương pháp này, mô phỏng và vận hành theo chu trình thử dành cho xe trong thành phố (chu trình thử ECER15 theo tiêu chuẩn Châu Âu) (ECE/324/Rev. 1/Add.82/Rev.4.26 Apri, 2011). - Phương pháp tính toán lý thuyết: Trên cơ sở chu trình thử xe trong thành phố ECE R15 với tốc vmax= 60km/h, thông qua các thông số kỹ thuật của xe Vios 1.5G 2013 và các công thức tính toán để xây dựng các khối simulink của hệ thống điều khiển truyền lực Hybrid. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 233
Từ đồ thị “Hình 3” đường màu xanh thể hiện vận tốc yêu cầu của người lái trong chu trình thử ECE-R15. Đường màu đỏ thể hiện kết quả mô phỏng vận tốc của xe trong chu trình thử ECE-R15. So sánh hai đường vẽ: cho thấy kết quả mô phỏng vận tốc xe của nhóm đáp ứng đúng được yêu cầu của người lái trong chu trình thử ECE-R15. Hình 3: Đồ thị kết quả mô phỏng vận tốc trong chu trình thử ECE-R15 Từ đồ thị “Hình 4” ta thấy được đường hoạt động mô- men của động cơ trong chu trình thử ECE-R15. Cụ thể trong khoảng thời gian từ 0s đến 180s thì motor hoạt động đáp ứng yêu cầu mô-men của người lái. Từ 180s đến 220s thì động cơ hoạt động. Sau khi đã đáp ứng 69 được yêu cầu của người lái, động cơ sẽ tắt và lúc này motor hoạt động để kéo xe. Cứ như vậy cho đến hết chu trình thử và tạo nên những khoảng thời gian on-off của động cơ. Hình 4: Đồ thị số vòng quay của động cơ trong chu trình thử ECE-R15 Đồ thị “hình 5” cho thấy đường hoạt động của motor trong chu trình thử ECE-R15. Cụ thể từ 60s xe bắt đầu chạy thì motor sẽ đảm nhận quá trình kéo của xe đến 75s thì xe thực hiện quá trình phanh, motor sẽ vẫn hoạt động cấp lượng năng lượng từ quá trình phanh này về sạc cho ắc quy. Từ 90s đến 100s motor tiếp tục đảm nhận vai trò kéo xe chạy. Và từ 150s đến 160s lúc này cả motor và động cơ đều hoạt động. Trong khoảng thời Hình 5: Đồ thị số vòng quay của motor trong gian này, chủ yếu động cơ đảm nhận quá trình kéo xe. chu trình thử ECE-R15 234
Từ đồ thị “Hình 6” ta thấy được đường hoạt động công suất của motor trong chu trình thử ECE-R15. Cụ thể từ 60s đến 70s thì motor hoạt động đảm nhận vai trò kéo xe chạy. Sau đó từ 75s đến 85s thì motor hoạt động đảm nhận nhiệm vụ sạc năng lượng về cho ắc quy. Cứ như vậy motor luân phiên hoạt động đảm nhận vai trò kéo xe và sạc năng lượng về cho ắc quy cho đến hết chu trình. Hình 6: Đồ thị công suất của motor trong chu trình thử ECE-R15 Từ đồ thị “Hình 7” ta thấy được sự thay đổi liên tục mức SOC của bình. Điều này dễ dàng giải thích được khi ắc quy cấp năng lượng cho motor hoạt động để kéo xe chạy làm tiêu hao năng lượng trong bình và khi xe thực hiện quá trình phanh hay điều khiển dư công suất thì motor sẽ hoạt động nạp lượng năng lượng này về lại cho bình làm tăng mức năng lượng trong bình. Vì vậy tạo nên sự thay đổi mức SOC liên tục trong suốt quá Hình 7: Đồ thị mức SOC của bình trong chu trình thử. trình thử ECE-R15 Từ đồ thị “Hình 8” ta thấy mục tiêu ban đầu nhóm đã đặt ra là cải tạo lại xe vios 1.5L chạy xăng bình thường thành xe lai. Vì vậy điều quan trọng nhất là thỏa mãn yêu cầu về tiết kiệm nhiên liệu mà không hưởng tới công suất của xe. Hình 8: Đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu của xe trong chu trình thử ECE-R15 4. KẾT LUẬN Tóm lại, thông qua phần mềm Matlab Simulink đã một cái nhìn tổng quan về xe Hybrid nói chung và hệ thống truyền lực Hybrid kiểu song song nói riêng. Đề tài này thực hiện dựa trên các thuật toán mô phỏng trên các khối Simulink của phần mềm Matlab đã phần nào thể hiện được sự điều khiển, cơ chế hoạt động của một chiếc xe Hybrid. 235
Đề tài này cho thấy được sự quan trọng của hệ thống lai giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, giúp giảm ôn nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu một cách hiệu quả nhất. Qua đó, tạo tiền đề cho giai đoạn sau để phát triển ô tô sạch trên Thế giới. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GVC. ThS. Đặng Quý, Giáo trình Lý thuyết ô tô. 2. TS. Lê Văn Tụy, Giáo trình Kỹ thuật ô tô Hybrid. 3. Nguyễn Hoàng Mai, Đề tài “Nghiên cứu xây dựng giải thuật xác định quĩ đạo phối hợp công suất tối ưu trong xe hơi hybrid”. 236