Mục lục đồ án tốt nghiệp tính toán điều khiển quá trình phanh tái tạo năng lượng của xe hybrid:

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID.. 3

1.1. Khái niệm xe hybrid.4

1.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid.4

1.3. Ôtô hybrid.5

1.4. Các dạng cấu hình truyền động của ô tô hybrid.7

CHƯƠNG 2 :13

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG.13

2.1. Giới thiệu về hệ thống phanh tái tạo năng lượng .13

2.1.1. Khái niệm và chức năng của hệ thống phanh tái tạo năng lượng.13

2.1.2. Yêu cầu của hệ thống phanh tái tạo năng lượng.13

2.1.3. Sơ đồ hệ thống phanh tái tạo tích hợp với hệ thống thủy lực thông thường.14

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống phanh tái tạo.17

2.2.1. Ảnh hưởng của sự trượt giữa lốp xe với mặt đường.17

2.2.2. Ảnh hưởng của gia tốc phanh.20

2.2.3. Tỉ lệ công suất của máy phát điệnvới khối lượng xe.22

2.2.4. Ảnh hưởng của chu trình vận hành xe chuẩn.26

CHƯƠNG 3 :28

NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN PHANH TÁI TẠO.28

3.1. Nguyên lý thiết kế phanh.28

3.1.1. Lực phanh.28

3.1.2. Phân phối lực phanh trên trục phía trước và sau.30

3.1.3. Sự điều chỉnh với các tính năng phanh.33

3.2. Nguyên lý thiết kế và điều khiển phanh tái tạo.34

3.2.1. Nguyên lý thiết kế và điều khiển tỉ lệ cố định giữa phanh điện và cơ khí.35

3.2.2. Nguyên lý thiết kế và điều khiển tối đa lực phanh tái tạo.37

3.2.3. Chiến lược điều khiển hiệu quả phanh tối ưu.39

3.2.4. Chiến lược điều khiển tối ưu phục hồi năng lượng.43

CHƯƠNG 4 :45

THIẾT LẬP MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐIỀU KHIỂN MÔ MEN PHANH CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC  HYBRID.45

4.1.Phân phối lực phanh.45

4.2.Lực phanh bánh trước.45

4.3. Mô men phanh tái tạo.45

4.4.Mô-men phanh thủy lực và mô phỏng thuật toán điều khiển mô men phanh tái tạo.47

KẾT LUẬN.. 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 54

PHỤ LỤC.. 1

Phụ lục 1.1: Thiết lập các phương trình cho phanh tái tạovà phanh ma sát.1

Phụ lục 1.2. Thiết lập đường thẳng βhb-max.3

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, thế giới phải đối mặt với những vấn đề lớn như ô nhiễm môi trường, sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch. Một loạt các ảnh hưởng và tác động xấu được bắt nguồn từ các vấn đề trên. Để khắc phục những vần đề khó khăn nói trên, cùng với các ngành khoa học công nghệ khác thì ngành công nghiệp ôtô kết hợp với các trung tâm, cơ sở nghiên cứu công nghệ khắp nơi trên thế giới đã tìm cách cải tiến và thay thế các công nghệ trên xe hơi. Mục đích của các nghiên cứu, thử nghiệm đó đều nhằm giảm sự phát thải ô nhiễm và giảm sự tiêu hao hoặc thay thế nhiên liệu truyền thống. Đã có một vài công nghệ hiện đại và tối ưu hơn được áp dụng cho xe hơi, trong số đó thì công nghệ hybrid electric đã và đang được áp dụng rộng rãi trong ngành chế tạo ôtô. Với những ưu điểm và hiệu quả của nó, công nghệ hybrid đang là một lựa chọn phù hợp cho các nhà sản xuất xe hơi trong hiện tại và tương lai.

Có rất nhiều mẫu xe hơi của các hãng nổi tiếng đã thu được thành công khi tung ra thị trường như: Toyota Prius, Honda Insight... Với những thành công và sự cần thiết của công nghệ hybrid như đã nêu trên, do đó nhóm nghiên cứu đã mạnh dạn chọn đề tài “Tính toán điều khiển quá trình phanh tái tạo năng lượng của xe hybrid” làm đề tài tốt nghiệp. Với sự nỗ lực và cố gắng của mình, cùng với sự hướng dẫn tận tình của T.S Đàm Hoàng Phúc và Th.S Nguyễn Hùng Mạnh nhóm đã thực hiện và hoàn thành các khối lượng theo yêu cầu. Tuy nhiên, do đây là một đề tài mới và phạm vi rộng cũng như còn hạn chế nhiều về tài liệu và kiến thức thực tế, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo cùng các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ HYBRID

1.1. Khái niệm xe hybrid.

      Xe hybrid là dòng xe sử dụng tổ hợp hai nguồn động lực, thường là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong với môtơ điện lấy năng lượng điện từ một ắc quy cao áp. Mục đích chính là dùng môtơ điện hỗ trợ hoặc thay thế động cơ đốt trong (ĐCĐT) để kéo xe ở những thời điểm mà ĐCĐT làm việc không hiệu quả như quá trình khởi động, gia tốc và tăng tốc. Hay nói cách khác là giúp cho ĐCĐT luôn làm việc trong vùng làm việc tối ưu.

1.1.1. Ưu điểm:

• Xe hybrid thân thiện với môi trường.
• Xe hybrid đem lại tính kinh tế nhiên liệu cao so với xe động cơ đốt trong.
• Xe hybrid đáng tin cậy hơn so với xe điện, vì có xăng là một nhiên liệu thay thế, xe điện bị hạn chế hành trình do dung lượng sạc có hạn.
• Xe hybrid ít phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống .
• Xe hybrid có động cơ đốt trong nhỏ hơn.
• Xe hybrid đã được công nhận và đang phát triển, phổ biến trong tương lai.

Với các ưu điểm nổi bật như đã nêu, ôtô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ôtô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ôtô này.

1.1.2.   Nhược điểm:

• Xe hybrid có giá cao hơn giá xe động cơ đốt trong cùng phiên bản.
• Trọng lượng xe lớn hơn xe thường do có thêm hệ thống pin.
• Trong trường hợp tai nạn, có nguy cơ tiếp xúc với dây điện áp cao.
• Xe hybrid rất phức tạp, khó sửa chữa bảo dưỡng.
• Phụ tùng thay thế có thể khó tìm và đắt đỏ.
• Thông thường, xe hybrid có gia tốc thấp hơn so với xe động cơ đốt trong.

1.2. Xu hướng phát triển của ôtô hybrid.

        Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe , nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu. Điều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể.

        Các xe chạy bằng nhiên liệu hóa thạch cổ điển đang gây ô nhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi. Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và mọi người nói chung.

   Ôtô sạch không gây ô nhiễm là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, như: hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, năng lượng mặt trời và ôtô lai (hybrid)... Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này chúng em chỉ tìm hiểu nghiên cứu dòng ôtô hybrid (nhiệt-điện) kết hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện là loại ôtô hybrid thông dụng nhất hiện nay.

1.3. Ôtô hybrid.

        Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay công nghệ hybrid là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ôtô, đó là ôtô hạn chế tối đa việc gây ô nhiễm môi trường, giảm tiêu hao nhiên liệu tối thiểu hay còn gọi là ôtô “sinh thái” mà vẫn sử dụng ĐCĐT, loại động cơ chưa thể thay thế trong nhiều năm tới.

        Dưới đây là sơ đồ nguyên lý chung hệ thống truyền động hybrid. Hệ thống truyền động trên xe hybrid thông thường không quá 2 hệ thống truyền lực do tính phức tạp của nó. Ở đây hệ thống truyền lực được định nghĩa là sự liên kết các nguồn năng lượng và chuyển đổi năng lượng hoặc nguồn công suất. Với mục đích thu hồi động năng bị tiêu tan trong hệ thống phanh ma sát, hệ thống truyền động trên xe Hybrid thường có một HTTL cho phép năng lượng có thể “chảy” thuận nghịch hoặc chỉ một chiều.

Hình 1.1. Hệ thống truyền động xe hybrid

Hình 1.1 cho thấy các chế độ vận hành của một hệ thống truyền động Hybrid và các “dòng chảy” công suất khác nhau. Có 9 chế độ hoạt động của 2 HTTL:

1. Chỉ có HTTL 1 chịu tải . Chế độ này được sử dụng khi pin gần như cạn kiệt và động cơ cơ lại không thể sạc pin, khi pin đã được xạc đầy và động cơ có thể cung cấp công suất đủ để đáp ứng nhu cầu chạy của chiếc xe.
2. Chỉ có HTTL 2 chịu tải . động cơ không hoạt động. Mô hình này có thể được sử dụng cho các tình huống động cơ không thể hoạt động hiệu quả, chẳng hạn như tốc độ rất thấp hoặc ở những nơi cấm phát thải
3. HTTL 1 và 2 chịu tải đồng thời. Là chế độ kéo lai và có thể được sử dụng khi cần công suất lớn. Chẳng hạn như trong quá trình tăng tốc hoặc khi leo dốc.
4. HTTL 2 thu  được năng lượng  từ tải (phanh tái sinh). Là chế độ tái tạo năng lượng phanh, động hoặc thế năng của xe được hấp thụ qua các hoạt động của mô tơ điện như một máy phát. Năng lượng thu được sau đó được dự trữ trong pin và tái sử dụng sau này.
5. HTTL 2 thu được năng lượng  từ HTTL1. Là chế độ mà động cơ sạc pin trong

khi xe bắt đầu dừng lại, lao dốc hoặc xuống dốc từ từ, lúc đó động cơ cung cấp công suất cho HTTL 2.

6. HTTL 2 thu được năng lượng từ HTTL1 và đồng thời từ tải. Là chế độ phanh

tái sinh và đồng thời cũng sạc pin từ động cơ.

7. HTTL 1 vừa cung cấp công suất tới tải vừa cung cấp công suất cho HTTL2. Là chế độ động cơ vừa sinh lực kéo, cung cấp năng lượng cho pin.
8. HTTL 1 cung cấp công suất đến HTTL 2, HTTL2 cung cấp công suất tới tải. Là chế độ động cơ cung cấp năng lượng sạc vào pin sau đó pin cung cấp công suất để chịu tải.
9. HTTL 1 cung cấp công suất tới tải, tải cung cấp năng lượng cho HTTL2. Là chế độ mà năng lượng được nạp vào pin từ ĐCĐT thông qua trọng lượng xe. Cấu hình điển hình của chế độ này là hai HTTL riêng biệt gắn trên cả 2 cầu xe.
10. Kiểu nối tiếp.

1.4. Các dạng cấu hình truyền động của ô tô hybrid.

Động cơ điện truyền mô men đến các bánh xe chủ động, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc quy hoặc cung cấp cho động cơ điện . Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để nạp ắc quy và một sẽ dùng chạy động cơ điện.

Hình 1.2.Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp.

Động cơ điện ở đây còn có vai trò như một máy phát điện khi xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh. Bánh xe được kéo bởi một mô tơ điện. Mô tơ điện lấy năng lượng từ nguồn ắc qui hoặc máy phát được dẫn động bởi ĐCĐT. Cụm ĐCĐT/máy phát có nhiệm vụ giúp ắc quy bổ sung năng lượng cho mô tơ kéo khi công suất tải yêu cầu lớn hoặc nạp cho ắc quy khi công suất tải yêu cầu nhỏ và dung lượng ắc quy thấp. Bộ điều khiển mô tơ để điều khiển mô tơ kéo sinh ra năng lượng phù hợp với yêu cầu của xe. Sự hoạt động của xe (gia tốc, khả năng leo dốc, tốc độ lớn nhất) được quyết định hoàn toàn bởi kích thước và đặc tính của mô-tơ kéo dẫn động.

Hình 1.3.Hệ thống hybrid nối tiếp.

          Chế độ phanh tái tạo giúp cho xe có thể hỗ trợ thêm trong việc di chuyển nhờ vào việc tích trữ năng lượng trong pin. Do vậy giúp giảm chi phí nhiên liệu cũng như khí phác thải ra môi trường xung quanh.

Ưu điểm :

• Động cơ tách rời với bánh dẫn nên tốc độ và mômen của động cơ độc lập với tốc độ và mômen yêu cầu và có thể luôn được duy trì làm việc ở vùng làm việc tối ưu của nó với sự tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhỏ nhất.
• Sự ngắt kết nối giữa động cơ và bánh xe còn cho phép động cơ có thể hoạt động ở vùng tốc độ cao.
• Khả năng gia tốc tốt khi không có quán tính của hệ dẫn động cơ khí.
• Không nhiều bánh răng dẫn động nên cấu tạo đơn giản hơn và giá giảm.
• Có thể thay thế bộ vi sai bằng các môtơ điện nên có thể nghiên cứu cho hệ dẫn

động lái bốn bánh và không cần điều khiển phức tạp cho quá trình lái.

 Nhược điểm :

• Năng lượng bị biến đổi qua lại nhiều lần gây tổn thất đáng kể.
• Máy phát và môtơ điện phải có độ lớn và dung lượng lớn.
• Pin cồng kềnh và khối lượng lớn.

b. Kiểu song song

        Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song. Cả động cơ nhiệt và motor điện cùng truyền lực tới trục bánh xe chủ động với mức độ tùy theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền mô men chính còn motor điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc. Kiểu này không cần dùng máy phát điện riêng vì động cơ điện có tính năng giao hoán lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt động bình thường.

Hình 1.4. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song.

 Ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể khởi động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc-quy. Những dạng hoạt động hiệu quả của hệ dẫn động hybrid song song gồm: chỉ có ĐCĐT kéo; chỉ có mô tơ điện kéo; cả ĐCĐT và mô tơ điện cùng kéo; phanh tái sinh và ắc quy được nạp từ ĐCĐT.

        Bộ kết nối cơ khí có thể là kết nối momen hoặc kết nối tốc độ và tùy thuộc vào vị trí của nó trong hệ thống truyền lực mà sẽ cho đường đặc tính đầu ra là khác nhau.Trong quá trình hoạt động, các dạng hoạt độngthích hợp sẽ được sử dụng để đáp ứng mô men kéo yêu cầu, đạt hiệu suất tổng cao, duy trì tình trạng nạp cho ắc quy ở mức hợp lí, và thu hồi năng lượng phanh càng nhiều càng tốt.

Hình 1.5. Hệ thống hybrid song song.

Năng lượng này đóng vai trò quan trọng trong xe ô tô hybrid. Nó là một trong những nhân tố chính giúp giải quyết bài toán nhiên liệu thay thế.

Ưu điểm:

• Công suất của ôtô mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng.
• Động cơ điện hoạt động ít hơn động cơ nhiệt nên bình ắc-quy nhỏ và gọn nhẹ,              trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp.
• Ở tốc độ cao hệ thống hoạt động ở chế độ song song, công suất truyền trực tiếp từ động cơ đến bánh xe, lúc này động cơ có thể làm việc với hiệu quả cao nhất.

Nhược điểm:

• Động cơ điện và bộ phận điều khiển motor điện có kết cấu phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai nối tiếp.
• Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao.

c. Kiểu hỗn hợp

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối

đa các lợi ích được sinh ra.

Hình 1.6. Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp.

Hệ thống lai nối tiếp này có một bộ phận gọi là "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động. Tuy nhiên xe có thể chạy theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện. ĐCĐT được kết nối với vành răng của bộ bánh rănghành tinh. Mô tơ điện được nối với động cơ thông qua bánh răng. Khóa 1 dùng để khóa bánh răng mặt trời với khung xe, khi khóa 1 được đóng thì đồng thời mô tơ điện cũng không hoạt động và khi đó xe chỉ chạy bằng động cơ nhiệt.

Hình 1.7. Hệ thống hybrid hỗn hợp với bộ ghép nối bánh răng hành tinh.

Khóa 2 dùng để khóa bánh răng hành tinh và trục ra của động cơ nhiệt, khi khóa 2 đóng thì động cơ nhiệt sẽ không hoạt động và khi đó xe chỉ vận hành bằng động cơ điện. Tất cả sự đóng ngắt này được điều khiển thông qua bộ điều khiển của xe. Cấu hình này mang lại sự kết hợp truyền động rất tốt cho một chiếc xe hybrid.

Ưu điểm:

Kết hợp được ưu điểm của cả hai tổ hợp ghép nối tiếp và nối song song.Nó có thể tăng tốc đột ngột, động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu, phù hợp với các loại ôtô và trong lúc cần thiết động cơ có thể vừa đẫn động cho các bánh xe và một máy phát để nạp điện cho ác quy.

Nhược điểm:

Nhược điểm chủ yếu của kiểu dẫn động này là khá phức tạp cả về phương diện bố trí và kết cấu và giá thành tương đối đắt.

1. So sánh giữa ba kiểu phối hợp công suất.

Qua các phân tích ở các cấu hình truyền động ta thấy rằng với kiểu truyền động hybrid hỗn hợp mang tới rất nhiều các ưu điểm như về hiệu suất hoạt động, khả năng tái tạo năng lượng cũng như tổng hiệu suất đạt được. Nó khắc phục được các nhược điểm của các cấu hình truyền động song song và nối tiếp. Do vậy hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe hybrid. Đồng thời trong các cấu hình truyền động ta cũng thấy quá trình phanh tái sinh năng lượng có vai trò quan trọng trong việc thu hồi năng lượng dư thừa. Nó giúp xe giảm chi phí nhiên liệu cũng như mở ra hướng mới để phát triển xe điện trong tương lai hạn chế tối đa sử dụng nguồn nhiên liệu cổ điển. Để giúp hiểu thêm về vấn đề này chúng ta tiếp tục thảo luận ở chương 2.

 

 

 

CHƯƠNG 2 :

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG.

2.1. Giới thiệu về hệ thống phanh tái tạo năng lượng .

Hệ thống phanh tái tạo đóng vai trò quan trọng trong các thiết kế xe lai. Nó giúp phục hồi năng lượng phanh bằng cách khôi phục năng lượng động năng bị hao phí trong quá trình giảm tốc. Máy phát sẽ tận dụng năng lượng động năng của xe tạo ra điện và sử dụng nạp thẳng vào ắc quy, nhờ đó động cơ được giảm bớt công sinh cho máy phát, nhiên liệu được tiết kiệm hơn. Nhờ có ác quy cao áp của hệ thống này mà xe có thể chỉ vận hành bằng điện mà không cần có sự hỗ trợ của động cơ đốt trong. Vì vậy sẽ góp phần làm tăng tính kinh tế nhiên liệu cũng như môi trường được cải thiện hơn.

2.1.1. Khái niệm và chức năng của hệ thống phanh tái tạo năng lượng.

Khái niệm : Phanh tái tạo năng lượng là quá trình chuyển hóa động năng thành điện năng và nạp lại vào ác quy. Chính vì vậy rất nhiều năng lượng hao phí trong quá trình giảm tốc của xe được thu hồi để tái sử dụng. Tuy nhiên ô tô hybrid vẫn được trang bị bộ phanh đĩa như ô tô thông thường trong trường hợp người lái cần hãm khẩn cấp.

Chức năng : Ngoài các chức năng của hệ thống phanh thông thường thì hệ thống phanh tái sinh còn phải đảm bảo các chức năng chính như sau:

• Các chức năng dõdàng của phanh làm giảm tốc độ xe hoặc dừng lại.
• Đối với hệ thống phanh tái tạo năng lượng, mục tiêu chính là phục hồi càng nhiều động năngcủa xe càng tốt.

2.1.2. Yêu cầu của hệ thống phanh tái tạo năng lượng.

Hệ thống phanh tái tạođòihỏi các cảm biến đặc biệtvàcác thiết bị khác. Phanh làmột bộ phậnquan trọng ảnh hưởng tớisự an toàn của người lái cũng như phương tiện. Mộtchếđộkhông an toànyêu cầu100%khả năngphanh; Do đó, hệ thống phanhma sátphảicó kích thướcđầy đủ như đối vớimột chiếc xethôngthườngmà

khôngcó phanh tái sinh. Cung cấp khả năng phanh lớn nhất để đảm bảo yêu cầu về an

toàn cũng như yêu cầu khôi phục tối đa năng lượng.

          Trong trường hợp hệ thống phanh tái sinh bị lỗi thì vẫn phải đảm bảo các yêu cầu về an toàn. Đảm bảo việc phân bố mô men phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kì cường độ nào. Ngoài ra phải có khối lượng nhẹ nhất đảm bảo xe có thể hoạt động được dễ dàng trong mọi điều kiện.

Hệ thống phanh phải hoạt động tốt để duy trì sự ổn định hướng. Hệ thống phanh phải tránh tình trạng khóa bánh xe nếu không sẽ ảnh hưởng đếnlái và sự ổn định hướng.

Điều khiển nhẹ nhàng, phanh êm dịu trong bất kì mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh; Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.

2.1.3. Sơ đồ hệ thống phanh tái tạo tích hợp với hệ thống thủy lực thông thường.

            Một phương pháp tiếp cận sử dụng áp lực thủy lực từ xilanh tổng như là một biến đầu vàođể kiểm soátphanh. Trong trường hợp này, phanh tái tạo được tích hợp với hệ thống thủy lực thông thường.Bất kể như thế nào phanh tái sinh vẫn được sử dụng, vấn đề quan trọng là phân chia mô mengiữa phanh ma sát và phanh tái tạo.

Phanh tái sinh tích hợp với hệ thống thủy lực thông thường .

           Mỗi thành phần của hệ thống được thảo luận cùng với chức năng của nó (hình 2.1 a và b). Để tránh nhầm lẫn, chỉ hiển thị phanh cho bánh trước. Xem xét cẩn thận theo hướng chuyển động xe vàhướng mômen xoắn của máy phát điện. Mômen xoắn chống lại chuyển động của xe.

Đầu vào hoạt động: Đạp vào bàn đạp phanh, lái xe dự định sẽ giảm tốc, và số lượng áp lực áp dụng trênbàn đạp phanh xác được tính cấp bách của tình hình. Cảm biến áp suất thủy lựctruyền lệnh điều khiển tới phanh.

Thiết bị chấp hành phanh : Thiết bị này là một thiết bị điện phát triển bởi áp lực

thủy lực.Thiết bị chấp hành phanhđược chỉ huy bởi bộ điều khiển. Áp lực thủy lực

tới giá phanhthông qua xilanh phanh làm ép má phanh lại.

Hình 2.1.Phanh tái sinh tích với hệ thống phanh thủy lực thông thường.

(a) Lực phanhcó được bởi cả phanh tái sinh và phanh ma sát.

(b) Chế độ hệ thống phanh tái sinh lỗi. Xilanh chính kết nối trực tiếp bằng thủy lực

tới giá phanh.Lưu ý các mũi tên từ cổng 1 đến cổng 2.

Có haiđường ống cung cấp áp thủy lực tới các giá phanh. Một ống được hồi trở lạixi

lanh chính.

Công tắc 3 cổng:

Ba cổng chuyển đổi được nhận lệnh từ bộ điều khiển.

• Tronghoạt động bình thường, cổng 1 và3được mởvà2 đóngcôlậpcác xi lanhchủ cùng cácthiết bị chấp hànhphanhvàgiá phanh(hình2.1a).
• Trongchếđộlỗi,cổng 3đóngvàcổng 1 và2được mởxi lanh(hình2.1b).

Chế độnày xilanh chính kết nối trực tiếp bằng thủy lực tới giá phanh.

Điều khiển: Đầu vào.

          Bộ điều khiển có một số đầu vào. Có bốn đầu vào là vận tốc góc trên mỗi bánh xe. Vận tốc xe được sử dụng cùng với đầu vào là tốc độ quay bánh xe để xác địnhlốp xe trượt hoặc bắt đầu khóa, ABS được kích hoạt khibắt đầu khóa phanh.Áp suất thủy lựcphanh, đây là một đầu vào vận hành, xác định phân chia giữa phanh ma sátvà hệ thống phanh tái tạo. Đối với áp lực thấp, hệ thống phanh có khả năng sẽ được tái sinh một mình.Đối với áp suất cao, bộ điều khiển phải xác định phân chia giữa tái sinh và phanhma sát.

Điều khiển: Đầu ra.

Các kết nối A-A là một mạng dữ liệu, nó không phải là một công tắc on-off. A-Acung cấp thông tin liên lạc hai chiềugiữa M/G và bộ điều khiển. Ngoài ra, A-A được sử dụng để chỉ huy phân chia giữa tái sinh và phanhma sát. B-B truyền lệnh tới các thiết bị truyền động phanh điều khiển điện mà phát triển bởi áp lực thủy lực để kích hoạt các giá phanh. C-C truyền lệnh để mở và đóng cổng trongba cổng chuyển đổi cho thủy lực. C-Cđiều khiển chế độ không an toàn.

M/G: Chế độ máy phát.

Lưu ý hướng chuyển động của chiếc xe được thể hiện ở phía trên của hình 2.1.

Mô-men xoắn do máy phát điệntạo nên tái tạo năng lượng phanh. Hướng của

mô-men xoắn, chống lại chuyển động của xe; Do đócó tác dụng phanh.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống phanh tái tạo.

       2.2.1. Ảnh hưởng của sự trượt giữa lốp xe với mặt đường.

Các hoa lốpcó ảnh hưởngrất lớn đến lực phanh cũng như kéo trên đường. Đây là bề mặt tiếp xúc chính với đường hình 2.2. Ngay cảkhi hoa lốp đó rất nhỏ, mỗi khilái xean toàn của bạn phụ thuộc rất nhiều vào bề mặt tiếp xúc đó. Kiểm soát lực phanhphụ thuộc vào bề mặt giữa đườngvà lốp hay sự tương tác giữa hoa lốp với mặt đường.

Lực theo chiều dọc lốp .

           Các  lựctrên lốp xe được chia ra theo chiều dọc và ngang. Lực dọc lốp trên mặt đỉnh lốp.Lực theo chiều dọc liên quan tới phanh và kéo (tăng tốc).

Hình 2.2.  Hình dạng lốpbề ​​mặt tiếp xúc trực tiếp với mặt đường.

Thiết kế phanh, sự ổn địnhvà hệ thống kiểm soát lực kéo sử dụng tối đa lực ma sát

theo chiều dọc.Các lực theo chiều dọc có trên lốp đang được sử dụng trong phanh hoặc kéo. Giá trị của hệ số ma sát µ,phụ thuộc vào trượt. Đối với giá trị trượt nhỏ,

Hình 2.3.Hệ số ma sát là một hàm với độ trượtbánh xelên đến khoảng 10%.

µ thayđổi tuyến tính vớisự tăng của trượt.Ngoài ra, đường cong  đạt đến  giá  

trị đỉnh điểm của trượt khoảng 20%. Với trượt 100%,ở đó bánh xe bị trượt quay mà không có chuyển động của xe, giá trị của  giữa lốp xevà mặt đường là khoảng 0,4-0,5(Hình 2.3).

Lực theo chiều dọc lốp: Phanh

Sự thay đổi của lực ma sáthoặc sự thay đổi của , được thể hiện trong hình 2.4 cho ba loại đường.Khi tăng lực phanh, lực ma sát ngày càng tăng tuyến tính với trượt. Với lực kéo, các đường cong uốn đạt đến một giá trị lớn nhất. Trênđường băng lực ma sát nhanh chóng đạt tới giá trị lớn nhất.

Hình 2.4. Lực ma sát sinh ra do phanh là một hàmcủa trượt theo chiều dọc trên babề mặt đường khác nhau: đường khô, đường ướt, và băng.

Vì vậy lái xe trên băng rất nguy hiểm. Đối với đường khô, khi bị khóalực ma sátmất đi từ giá trị lớn nhất là chỉ khoảng 20%, có vẻ như không  nhiều, nhưngcó ảnh hưởng rõ rệt tới sự ổn định.Cả khi bánh xe bị khóa và lăn đều được thể hiện trên đồ thị. Giảm hoặc tăng tốc được đo bằng G, là tỷ lệ giữa gia tốc thực J,đo bằng  m/s2, với gia tốc của lựctrọng trường g, g = 9,81 m/s2. Hệ số ma sát,liên quan đến G rất đơn giản. Mối quan hệ này là :

                (2.1)

Trong khoảng của , lực phanh là :

 =  W = m J                            (2.2)

Khối lượng của chiếc xe là m (kg), trọng lượng của xe là W (N).

Thiết lập từ phương trình2.1 bằng phương trình 2.2 cho ta:

                                    (2.3)

Sự giảm tốc độ tối đađo bằng Gs, tương đương với giá trị tối đa của ở hình2.4.

Lực ngang lốp

Lực ngang quan trọng đối với cả tay lái và khi vào cua. Trong hình 2.5, xác định góc trượt được phác họa trên phía tay trái. Độ dốc của đường cong ở góc không trượt là Cα và được gọi là độ cứng ngang lốp xe. Cảkhi bánh xe khóa và lốp xe lăn được thể hiện trên hình vẽ. Thông thường, lốp xe mới ít trượt hơn so với lốp xe cũ.Ngoài ra thiết kế hoa lốp đóng một vai trò quan trọng.

Hình 2.5.Lực ngang đối với một lốplà một hàm theo góc trượt.

Sự ổn định hướng.

Hình 2.6 phía bên tay trái mô-men xoắn hướng về CGlà chỉ thể hiện chobánh xe phía sau. Đối với sự ổn định hướng, mômen xoắn có xu hướng giảm góc trệch điều này rất tốt.Bánh xephía sau cung cấp mômen xoắn ổn định.Một sự cân bằng tồn tại giữa hai mômen xoắn từ phía trước và bánh sau. Nếu mômen xoắn bánh sau bị giảm thì các lựcở lốp xe sẽ thấp hơn, chiếc xe có thể trở nên không ổn định. Các bánh xe bị khóa làm giảm lực trên lốp xe. Các lực ngang khác nhau của bánh xe khi bị khóa là hàm sinα cũng được hiển thị.Bánh xe phía trước tạo ra một mômen xoắn về CG màcó xu hướng tăng góc trệch. Do đó, lốp xe phía trước gây ra sự mất ổn định hướng. Mômen xoắn hướng về CG nên lốp xe phía sau làm giảm góc trệch. Kết quả là các lực trên lốp phía sau rất cần thiết với sự ổn định hướng.

Hình 2.6. Ảnh hưởng của lốp xe phía trước và phía sau về tính ổn định hướng.

2.2.2. Ảnh hưởng của gia tốc phanh.

Trọng lượng trên mỗi bánh xe:

Trọng lượng trên mỗi bánh xe được xác định bằng tổng trọng lượng và vị trí trọng

tâm trọng lực(CG). Hình 2.7 cho thấy các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến trọng

          Hình 2.7 Trọng lượng trên lốp xe phía trước và phía sau.

lượng trênbánh xephía trước và sau. Sẽ đưa lực phanh có sẵn vào để xemxét

trọng lượng trên mỗilốp. Ngoài ra sự ổn địnhcủa xe và lực kéo còn phụ thuộc vào trọng lượng đặt trên mỗi lốp.Tổng trọng lượng của chiếc xe là tổng trọng lượng trên mỗi bánh xe, do đó ta có:

W =                  (2.4)

Trọng lượngnày ảnhhưởng đến cả khả năng phanh và kéo.Các ký tự phụ F và R là ởphía trước và phía sau còn 0 dùng để dành cho khi xe dừng lại, khi đó     không có lực

gây ra bởi phanh hoặc kéo. Trọng lượng trên bánh xe phía trước

                               (2.5)

Trọng lượng trên các bánh xe sau:

                               (2.6)

                                        Với

Các phương trình ở trên do sự cân bằng của các lực tác dụng lên xe. Lưu ý hai khía cạnh. Từ phương trình 2.5 và 2.6 dẫn đến phương trình2.4.

Phanh gây ra sự thay đổi trọng lượng từ phía sau tớibánh xe phía trước.

Chính vì điều nàyviệc sử dụng bánh xe phía trước sẽ đáp ứng được đầy đủ yêu cầu với một hệ thống phanh tái tạo. Sự giảm bớt trọng lượng trên bánh xe phía sau,việc này không tốt bởi vì  nó gây ra sự mất ổn địnhhướng. Hình 2.8xác định các ký hiệu xuất phát sự thay đổi của trọng lượng.Lực phanh, minh họa trong hình 2.8, có liên quan đến một gia tốc (sự giảm tốc độ với )và khối lượng của xem. Phương trình là:

                                       (2.7)

Một mômen xoắn được tạo ra bởi lực, .

                                  T =                                            (2.8)

Chiều cao của CG so với mặt đường h_g, được thể hiện trong hình 2.8. Mômen xoắn T, cân bằngvới sự thay đổi trọng lượng trênbánh xe.

Hình 2.8. Sự thay đổi của lực tác dụng lên bánh xe phía trước và sau bởi phanh

T = (2.9)

Nhận dạngcácký hiệu trong hình 2.8 như sau:

          (2.10)

Trừ đi phương trình 2.5 từ phương trình trên ta được :

                                           (2.11)

Thế vào phương trình 2.9 từ  2.11 ta được :

                             (2.12)

Sự thay đổi khối lượng ở lốp xe phía trước được xác định từ 2.8 và 2.12

 =                       (2.13)

Phương trình 2.13 cung cấp chota biết đến sự thay đổi . Sử dụng phương trình 2.11sẽ được . Do vậy khi cần phân phối lại lực phanh tới các bánh xe sao cho đạt được hiệu quả phanh tốt nhất tương ứng với dải gia tốc phanh nhất định.

2.2.3. Tỉ lệ công suất của máy phát điệnvới khối lượng xe.

Các phương trình cho phanh tái tạo và phanh ma sát:

Thời gian và khoảng cách dừng: hệ thống phanh ma sát.

Đầu tiên, thời gian để dừng lại:

                             (2.14)

Thứ hai, khoảng cách dừng:

                   (2.15)

Thời gian và khoảng cách dừng: hệ thống phanh tái sinh.

Đầu tiên, thời gian dừng:

                                       (2.16)

Thứ hai, khoảng cách dừng:                                                                                                              

                  (2.17)

Với các ký hiệu được giả thích phía dưới:

P là công suất của máy phát điện sử dụng dành cho phanh tái sinh, (W).

m là khối lượng của xe, kg.

là lực phanh do phanh ma sát, N.

 là lực phanh do hệ thống phanh tái tạo, N.

là lực phanh do cả hệ thống phanh ma sát và hệ thống phanh tái sinh (N).

V là vận tốc xe, m / s,  là vận tốc ban đầu, m / s.

E là động năng, J, là động năng ban đầu, J.

J  là gia tốcgiảm tốc, m/s2, g là gia tốc của trọng lực, m/s2.

G là tỷ lệ j/g đượcgọi là Gs, không thứ nguyên.

 là khoảng cách dừng lại do phanh ma sát, m.

 là khoảng cách dừng lại do hệ thống phanh tái tạo năng lượng, m.

 là thời gian để ngừng sử dụng phanh ma sát, s.

 là thời gian để ngừng sử dụng hệ thống phanh tái tạo, s.

             Đối với một vận tốc xe nhất định, khoảng cách dừng lại đối với phanh tái sinh sẽ lớn hơn. Một thông số quan trọng đối với các loại xe xe hybrid là tỷ lệ công suất phanh tái sinhP,với khối lượng xe, m. Các thông sốcó trong phương trình2.17cho thấy vai trò của tỉ lệ P/m.Với P/mcàng nhỏthì  càng lớn. Năng lượng phanh tái sinhgiống như điện năng có thể được tạo ra bởi M/G khi hoạt độngở chế độ máy phát điện(G-mode). Đồ thị dưới đây nói lên vai trò quan trọng giữa tỉ lệ lực kéo của động cơ điện với khối lượng xe.

Hai đồ thị được trình bày trong hình 2.9 và 2.10. Những đồ thị cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năngvà hạn chế của hệ thống phanh tái tạo. Các đồ thị được tính toán bằng cách sử dụng bốn phương trình được liệt kêphía dưới.

Hình 2.10 là một tập hợp (hybrid) ba đường cong xuất hiện trong ba gócđồ

thị. Phía dưới góc phần tư bên trái làđồ thị của khoảng cách dừng nó như một hàm

giảm tốc, Gs. Phương trìnhcủa góc phần tư này là :

                                       ( 2.18)

Hình 2.9. khoảng cách dừngbởi phanh tái sinh như là một hàm vận tốc xe với tỷ lệ công suất/khối lượng như một tham số. P / m (w / kg).

Góc phần tư phía trên bên tay trái với một đường thẳnglà một đường cong được xác định bởi phương trình:                 

                       (2.19)

Cuối cùng, góc phần tư phía trên bên phải là một đồ thị của phương trình :

P =                                      (2.20)

Thực hiện các thao tác đơn giản của phương trình 9.20 dẫn tới:

=                                        (2.21)

Khoảng cách dừng trên đồ thị như là một hàm của vận tốc xe với các tham số P/mứng với mỗi đường cong. Nhìn vào khoảng cách dừng  Dọc theo đường thẳng rồi gióng sang ngang ta được giá trị khoảng cách dừng, , ứng với các giá trị khác nhau của P/m. Giá trị P/m là một thông số quan trọng, các giá trị của nó thể hiện trong bảng2.1.Đối với các đường cong của hình 2.10, các giá trị được sử dụng là m = 1400 kg và P = 25 kW.  Xe điện hybrid này có P / m = 18 kW/1000 kg có thể được so sánh với phần trình bày ở hình2.9.

 

Hình 2.10.Biểu đồ để xác định sự phân chia giữaphanh ma sát và phanh tái tạo.

         Hình 2.10 a có một mức phanh nhẹ ở mức 0.2 Gs. Đối với  = 20 m/s,  = 102 m. Chiếu từ vị trí 0,2 Gs lên trên, ta có lực phanh là  = (0,2 Gs) (13734 N) = 2747 N.Tại V =  = 20 m / s, giá trị của lực phanh tái tạo là =1250 N trong khi = (2747 -1250) N = 1497 N.

Do đó ở V = 20 m / s, 46% là phanh của tái sinh và 54% là của phanh ma sát. Tại V= 9,1 m / s, 100%là của phanh tái sinh.

Bảng 2.1. Tỷ lệ của công suất mô tơ kéo (KW)với khối lượng Xe (kg)

Hình 2.10 bphanh ngặt với gia tốc bằng 1.0Gs. Đối với=30m/s,  = 46 m.

Lực phanh tối đa = 13730 N. Như có thể nhìn thấy từ đồ thị trong góc phần tư phía trên bên phải, ở V = 20 m / s,hệ thống phanh tái tạo chỉ có 8% tổng lực phanh. Ngay cả ở 10 m/s, phanh tái tạo năng lượng cũng chỉ có 18% tổng lực phanh. Phanh ma sát chiếm ưu thế khi phanh đột ngột.

2.2.4. Ảnh hưởng của chu trình vận hành xe chuẩn.

         Chu trình được hiển thị trong hình 2.11với tốc độ xe là hàm của thời gian (chu trình lái xe US06).Nhìn vào các sườn dốc của đường cong cho thấy khả năng tăng tốc và phanh.Ví dụ khoảng thời gian từ 40 đến 60 giây, độ dốc của đường cong cho phép giảm tốc độ (phanh) xe.Một ví dụở thời điểm 90s và 120 s độ dốc bằng không, đó là một đường cong phẳng, cho thấy không tăng tốc và khi đó tốc độ không đổi. Chu trình lái xe này có rất ít ở tốc độ không đổi. Với khoảng một phút ở giữa 200s và 280 s, vận tốc gần như không đổi.

Hình 2.11.Sự thay đổi tốc độ xe với chu trình điều khiển US06.

Vào cuối của chu trình từ 500s đến 560 s, chiếc xe này bị ách tắc giao thôngxen kẽ

làm giảm tốc độ 5 mph và dần tăng đến 25 mph. Bất cứ ai lái xe vào một xa lộ vào giờ cao điểm đều công nhận khía cạnh này. Chu trình có sáu điểm dừng đếm từđiểmdừng ban đầu, tuy nhiên, mỗi lần dừng lại íthơn 10 s. Đối với chế độ khôngtải của động cơ, để nâng cao tiết kiệm nhiên liệu, dừng lại lâu hơn mong muốn,các chu trình lái xecó tác dụng rõ rệt và ảnh hưởng khôngnhỏ đến thiết kếxe lai.

Lực phanh từ máy phát điện.

          Sử dụng chu trìnhlái  US06, xác địnhđược lựcphanhcần thiếtchocácđiểm dọc theocácchu trìnhlái xe, ta nhận thấy đượctầm quan trọng củalực phanh.

Hình 2.12. Phân phối của lực phanh với chu trình vận hành US06.

Trong hình2.12, các dấu sao màu đen là bắt nguồn của phanh trong suốtchu trìnhlái, điều này cho thấy lực phanh cần cho vận tốc khác nhau trong chu trình. Các tỷ lệ 2:1 đến 6:1hiển thị thiết kế các máy phát điện khác nhau. Các tỷ lệ 2:1 có mômen xoắn tối đa liên tục, chuyển mô-men xoắn không đổi vào lực phanh liên tục. Sử dụng các sườn dốc của đường cong vận tốc ở hình 2.11, bằng thực nghiệm ta xây dựng được cácdấu sao trong hình 2.12.Một trong số những điểm sao màu đen với lực phanh bằng không. Điểm đen với lực phanh bằng không tương ứng với độ dốcđường congbằng không trong chu trình điều khiển xe.Đối với phanh ở vận tốc khác nhau, dấu hoa thị tối được phân phối trong suốtđồ thị. Nhìn vào thiết kế máy phát điện với tỷ lệ 2:1. Hầu hết các điểm đen bên dưới có lực phanh tối đa. Một máy phát điện với tỷ lệ 05:01có thể bao gồm tất cả các yêu cầu của chu trình lái xe. Với đường cong lực ở 3200 kN. Thực tế này có nghĩa rằng đối với chu kỳ lái xe này, phần lớnphanh có thể thực hiện việc tái tạo năng lượng. Chỉ có 12 điểm vượt quá khả năng thiết kế của máy phát điện 2:1.

CHƯƠNG 3 :

NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN PHANH TÁI TẠO.

 3.1. Nguyên lý thiết kế phanh.

Khi hệ thống phanh làm việc, có rất nhiều các yếu tố khách quan tác động làm ảnh hưởng tới các hiệu quả của hệ thống phanh. Thông qua bề mặt đường và lốp xe làm xấu tới các yêu cầu của hệ thống. Trong điều kiện hoạt động trong thành phố, đáng kể năng lượng được tiêu hao bởi phanh. Năng lượng được biến đổi trong các chế độ hoạt động cho phép nó khôi phục phần lớn năng lượng mất mát. Trên thực tế, phanh cơ khí sử dụng để đảm bảo khoảng cách dừng khi phanh gấp. Vì vậy, một hệ thống phanh hybrid đã được tạo ra. Thiết kế và điều khiển khách quan của hệ thống phanh hybrid sẽ tạo ra lực phanh đầy đủ nhanh chóng làm giảm tốc độ của xe với mọi chế độ hoạt động; Do vậy năng lượng được khôi phục nhiều nhất có thể do mất mát bởi phanh. Các yếu tố khách quan mang lại yêu cầu trên được trình bày ở phần dưới.

3.1.1. Lực phanh.

Để đảm bảo các chức năng của phanh thì hệ thống phanh cần phải tạo ra đủ lực phanh trên các bánh xe và cho phép tạo lực phanh riêng trong tổng số lực phanh tới các bánh xe trước và sau. Hình 3.1 thể hiện một bánh xe đang phanh.

Hình 3.1 (a) mô men phanh và lực phanh; (b) Quan hệ giữa mô men và lực phanh

Lực phanh có thể được xác định bởi :      

                                           (3.1)

Lực phanh tăng lên làm mô men phanh tăng lên. Tuy nhiên , khi lực phanh tăng đạt

tới giá trị lớn nhất, nó sẽ không tăng thêm và lực phanh lớn nhất xác định bởi:

F_b max = μW,                                (3.2)

Trong đó μ hệ số bám khác nhau với sự trượt của lốp như trong hình 3.2. Tuy nhiên, với trượt trong phanh được xác định bởi:

                     (3.3)

Hình 3.2 Sự biến đổi của hệ số lực kéo với sự trượt dọc theo lốp xe.

Bảng 3.1 Thể hiện giá trị trung bình của hệ số lực kéo trên đường khác nhau.

Trong đó v là tốc độ chuyển động thẳng của xe, ω là vận tốc góc bánh xe, và

r_bx là bán kính bánh xe. Trong định nghĩa này, khi  ω = 0, đó là bánh xe bị khóa s =

100%. Hình 3.2 thể hiện mối quan hệ  giữa hệ số ma sát với độ trượt bánh xe. Ở  đầu

ra giá trị lớn nhất của trượt là khoảng 15–20%.

3.1.2. Phân phối lực phanh trên trục phía trước và sau.

Hình 3.3 thể hiện lực phanh được kích hoạt khi đi trên đường. Bỏ qua lực cản bánh xe và khí động học kéo trong hình này, bởi vì nó khá nhỏ so với lực phanh. J là sự giảm tốc của xe trong khi phanh, nó rễ ràng được xác định bởi:

                                                  (3.4)

 Trong đó F_bf và F_br   là lực phanh tương ứng trên bánh trước và sau.

....

Ở đây R_t là bán kính hiệu quả phanh, r bán kính phanh, a là diện tích xilanh bánh xe, _b là hệ số ma sát phanh. Mô hình tính toán được thiết lập ở hình4.3.

Bằng các công thức tính toán ta có thể tính được lực phanh cần thiết để giảm tốc độ cho một chiếc xe, cũng như lực phanh lớn nhất tương ứng với các gia tốc phanh khác nhau. Từ mô men phanh lớn nhất cho phép của mô tơ điện cũng như lực phanh yêu lệ

cầu ta sẽ so sánh và xác định sự phân chia giữa lực phanh điện và phanh cơ khí với tỉ

hợp lý nhất định. Tính toán được trình bày cụ thể như sau:

Hình4.3.Mô hình thuật toán điều khiển phanh tái tạo sử dụng trong tính toán.

Từ vận tốc xe ta xác định được:

  (rad/s)                           (4.5)

Từ phương trình 4.5 xác định được :

 (rad/s)                      (4.6)

Do đó xác định được số vòng quay của mô tơ điện :

 (v/ph)                        (4.7)

Lực phanh lớn nhất tương ứng với gia tốc giảm tốc được xác định :

F_B = m.j  (N)                                  (4.8)

Ta có bảng số liệu tính toán khả năng phục hồi năng lượng phanh ma sát với các kích thước động cơ điện khác nhau (KW).

Vớitốc độ xe 15 km / h tại 0,15 g

imin	Mô tơ	wbx	Wđc	TEM reg	Freg	Fb	tỉ lệ %
	10	14.93441	22.84902	218.3027	63.69427	388.1013	1692.558	22.92987
	20	14.93441	22.84902	218.3027	127.3885	776.2025	1692.558	45.85973
	30	14.93441	22.84902	218.3027	191.0828	1164.304	1692.558	68.7896
	40	14.93441	22.84902	218.3027	254.7771	1552.405	1692.558	91.71946
	50	14.93441	22.84902	218.3027	318.4713	1940.506	1692.558	114.6493
	60	14.93441	22.84902	218.3027	382.1656	2328.608	1692.558	137.5792

 

imax	Mô tơ	wbx	Wđc	TEM reg	Freg	Fb	tỉ lệ %
	10	14.93441	114.0958	1090.087	63.69427	1937.97	1692.411	114.5094
	20	1265.548	114.0958	1090.087	127.3885	3875.939	1692.411	229.0188
	30	14.93441	114.0958	1090.087	191.0828	5813.909	1692.411	343.5282
	40	14.93441	114.0958	1090.087	254.7771	7751.879	1692.411	458.0376
	50	14.93441	114.0958	1090.087	318.4713	9689.849	1692.411	572.547
	60	14.93441	114.0958	1090.087	382.1656	11627.82	1692.411	687.0564

Đồ thị mô phỏng tỉ lệ phần trăm của lực phanh tái sinh với tổng lực phanh.

Hình4.4.Khả năng phục hồi năng lượng phanh ma sátđối với các kích thướcM/G

khác nhau (Phanh duy nhất vớitốc độ xe 15 km / h tại 0,15 g).

Hình 6 cho thấy mô-men có sẵn từ phanh tái tạo ở tốc độ thấp (15 km / h) đối với mộtphạm vicông suất củamô tơ điện (sử dụng tỷ số truyền động để duy trì dải hoạt động tối ưu của động cơ điện) như thể hiện trong Bảng 4.1. Lực phanh cũng được thể hiệnvới tỷ lệ phần trăm củalựcphanh yêu cầutrên bánh xe phía trước.  Khi lực phanh này vượt quá100%, hệ thống phanh tái tạo phải giảm mô-men phanh ,hoặc bằng cách hạn chế dòng điện từ M/G.  

Vớitốc độ xe30 km / h tại 0,15 g:

imin	Mô tơ	wbx	Wđc	TEM reg	Freg	Fb	tỉ lệ %
	10	29.85663	22.69102	216.7931	63.69427	192.7823	1692.558	11.39
	20	29.85663	22.69102	216.7931	127.3885	385.5647	1692.558	22.78
	30	29.85663	22.69102	216.7931	191.0828	578.347	1692.558	34.17
	40	29.85663	22.69102	216.7931	254.7771	771.1293	1692.558	45.55999
	50	29.85663	22.69102	216.7931	318.4713	963.9117	1692.558	56.94999
	60	29.85663	22.69102	216.7931	382.1656	1156.694	1692.558	68.33999

 

imax	Mô tơ	wbx	Wđc	TEM reg	Freg	Fb	tỉ lệ %
	10	29.85663	114.0499	1089.649	63.69427	968.9849	1692.558	57.24973
	20	29.85663	114.0499	1089.649	127.3885	1937.97	1692.558	114.4995
	30	29.85663	114.0499	1089.649	191.0828	2906.955	1692.558	171.7492
	40	29.85663	114.0499	1089.649	254.7771	3875.939	1692.558	228.9989
	50	29.85663	114.0499	1089.649	318.4713	4844.924	1692.558	286.2486
	60	29.85663	114.0499	1089.649	382.1656	5813.909	1692.558	343.4984

Đồ thị mô phỏng tỉ lệ phần trăm của lực phanh tái sinh với tổng lực phanh.

Hình4.5.Khả năng phục hồi năng lượng phanh ma sátđối với các kích thướcM/G

khác nhau (Phanh duy nhất vớitốc độ xe30 km / h tại 0,15 g).

Vớitốc độ xe60 km / h tại 0,4g :

imin	Mô tơ	wbx	Wđc	TEM reg	Freg	Fb	tỉ lệ %
	10	59.7491	22.70462	216.9231	63.69427	96.39117	4513.488	2.135625
	20	59.7491	22.70462	216.9231	127.3885	192.7823	4513.488	4.271249
	30	59.7491	22.70462	216.9231	191.0828	289.1735	4513.488	6.406874
	40	59.7491	22.70462	216.9231	254.7771	385.5647	4513.488	8.542499
	50	59.7491	22.70462	216.9231	318.4713	481.9558	4513.488	10.67812
	60	59.7491	22.70462	216.9231	382.1656	578.347	4513.488	12.81375

 

imax	Mô tơ	wbx	Wđc	TEM reg	Freg	Fb	tỉ lệ %
	10	59.7491	114.1208	1090.326	63.69427	484.4924	4513.488	10.73432
	20	59.7491	114.1208	1090.326	127.3885	968.9849	4513.488	21.46865
	30	59.7491	114.1208	1090.326	191.0828	1453.477	4513.488	32.20297
	40	59.7491	114.1208	1090.326	254.7771	1937.97	4513.488	42.9373
	50	59.7491	114.1208	1090.326	318.4713	2422.462	4513.488	53.67162
	60	59.7491	114.1208	1090.326	382.1656	2906.955	4513.488	64.40595

 

Đồ thị mô phỏng tỉ lệ phần trăm của lực phanh tái sinh với tổng lực phanh.

Hình4.6.Khả năng phục hồi năng lượng phanh ma sátđối với các kích thướcM/G khác nhau (Phanh duy nhất vớitốc độ xe60 km / h tại 0,15 g).

Bảng 4.1.Tỉ số truyềncho công suất cao nhất được sử dụng trong mô phỏng.

Khi mômen phanh tái sinh có sẵn thấp hơn 100% lực phanh yêu cầu, phanh ma sát phải được vận hành để cung cấp phần chênh lệch. Hình 4.5 và4.6 cho thấy kết quả tương ứng 30 km/h và 60 km/h. Nhìn thấyphanh tái tạo cung cấp mô-menvà tái sinh ít năng lượng phanh từ tốc độ cao.

Từ đồ thị ở trên nó có thể được nhìn thấy rằng ở 15 km/h phanh tái tạo năng lượng có sẵn mô-men được sản xuất bởi động cơ có công suất cao (60 kW) phải được giới hạn bởi vì các mô-men tái sinh cao hơn so với mô-men phanh yêu cầu, trong đó sẽ dẫn đến giảm tốc độ nhiều hơn so vớiyêu cầu. Nó cũng có thể dẫn đến việc sử dụng quá giới hạn hệ số bámtrên bánh xe phía trước hoặc phía sau dẫn đến khóa bánh xe. Các phấn khác nhau mà mô-men phanh tái tạo có thể cung cấp tùy thuộc vào tốc độ xe và công suất mô tơ. Trong nghiên cứu này, kết quả thể hiện trong hình 4.5, hình 4.6 và hình 4.7 chỉ ra rằng động cơ điện 40 kW có thể phục hồi lên đến khoảng 92% tổng năng lượng phanh khiphanh duy nhất với tốc độ15 km/h tùy thuộc vào hiệu quả của hệ thống. Động cơ này có khả năng cung cấp mô men phanh có sẵn đảm bảo hầu hết các yêu cầu khi phanh mà vẫn thỏa mãn điều kiện lực phanh không được vượt quá lực phanh yêu cầu. Khi đó động cơ điện này sẽ mang tới sự hồi phục năng lượng lớn nhất cũng như hiệu quả phanh tốt nhất.

KẾT LUẬN

Sau hơn ba tháng làm việc liên tục với sự hướng dẫn tận tình của thầy cùng sự góp ý của bạn bè em đã hoàn thành đề “Tính toán điều khiển quá trình phanh tái tạo năng lượng của xe hybrid”.Đề tài đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới việc thiết kế hệ thống cũng như là trong quá trình vận hành xe đồng thời có cái nhìn tổng quan về hệ thống phanh tái tạo. Cụ thể đi vào phân tích các phương án kết hợp giữa phanh cơ khí và phanh tái sinh trên quan điểm đạt hiệu quả phanh cao nhất và đảm bảo khả năng hấp thụ năng lượng lớn nhất khi phanh. Đề tài đã đi sâu vào phân tích bốn nguyên lý phân chia giữa tỉ lệ lực phanh cơ khí và phanh tái sinh. Trên cơ sở đó cũng đã xây dựng các phương án kết nối động cơ điện và chọn được công suất của máy phát điện phù hợp với xe tham khảo.

Do nội dung đề tài nghiên cứu có khối lượng tương đối lớn nên trong quá trình làm không tránh khỏi những thiếu sót nhất định, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quí báu của các thầy và các bạn nhằm bổ sung cho đề tài ngày được hoàn thiện hơn.