Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô hiện đại đang chịu sức ép lớn từ sự cạn kiệt của nguồn tài nguyên dầu mỏ, sự gia tăng liên tục của giá nhiên liệu hóa thạch và những yêu cầu khắt khe về giảm thiểu ô nhiễm môi trường, việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên các phương tiện giao thông trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Trên các dòng xe sử dụng động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine - ICE) với hệ thống truyền lực truyền thống, phần lớn nguồn động năng tích lũy trong quá trình vận hành bị chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng hao phí tại các cơ cấu phanh ma sát khi xe thực hiện giảm tốc hoặc phanh dừng.

Để minh họa cho sự lãng phí này, tác giả đưa ra trường hợp điển hình: một phương tiện có khối lượng 300 kg đang vận hành ở vận tốc 72 km/h, khi thực hiện phanh giảm tốc độ xuống còn 32 km/h thì mức tiêu hao động năng được xác định theo công thức $E = \frac{1}{2}m(v_1^2 - v_2^2)$ lên tới 47,8 kJ. Nếu được trang bị hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking System - RBS), phương tiện có khả năng thu hồi khoảng 25% nguồn năng lượng này (tương đương khoảng 11 kJ). Lượng năng lượng tích trữ đó đủ để cung cấp công suất gia tốc lại chiếc xe từ 0 lên 32 km/h thay vì tiêu tán hoàn toàn thành nhiệt lượng vô ích qua đĩa phanh và má phanh.

Công nghệ phanh tái sinh đã được triển khai hiệu quả trên hệ thống giao thông đường sắt và tàu điện, với khả năng cắt giảm đến 37% lượng điện năng tiêu thụ nhờ việc sử dụng trực tiếp các mô tơ điện làm máy phát khi hãm xe. Tuy nhiên, trên ô tô sử dụng động cơ đốt trong truyền thống, quy trình thu hồi năng lượng gặp nhiều trở ngại kỹ thuật:

  • Động cơ đốt trong không có khả năng đảo chiều vận hành để chuyển hóa ngược cơ năng thành năng lượng tích trữ như máy điện.
  • Khối lượng của ô tô nhỏ hơn rất nhiều so với phương tiện đường sắt, khiến quán tính tích lũy được trong mỗi chu trình phanh là có giới hạn.
  • Đòi hỏi phải có hệ thống cơ cấu chuyển đổi và tích trữ năng lượng phụ trợ trung gian thích ứng với hệ thống truyền động cơ khí sẵn có.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định rõ:

  1. Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, nguyên lý vận hành, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các hệ thống phanh tái tạo năng lượng phổ biến hiện nay.
  2. Đánh giá, so sánh các phương thức tích trữ năng lượng phanh (lò xo đàn hồi, thủy lực, ắc quy, siêu tụ điện, bánh đà siêu tốc) nhằm lựa chọn cấu hình cơ cấu thu hồi năng lượng tối ưu cho ô tô động cơ đốt trong.
  3. Thiết lập cơ sở lý thuyết tính toán động lực học, cân bằng lực và công suất phanh cần thiết trên dòng xe thử nghiệm cụ thể.
  4. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên phần mềm Matlab/Simulink nhằm đánh giá thông số động lực học, năng lượng thu hồi và hiệu suất hoạt động của hệ thống ở các chế độ vận hành khác nhau.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phanh tái tạo năng lượng tích hợp trên ô tô sử dụng động cơ đốt trong, ứng dụng cơ cấu bánh đà quán tính kết hợp bộ bánh răng hành tinh kép (PGS) và máy phát điện xoay chiều nạp cho ắc quy; đối tượng tính toán mô phỏng là xe Toyota Hiace.
  • Phạm vi không gian và công nghệ: Mô phỏng động lực học trên môi trường Matlab/Simulink, đánh giá sự tương tác giữa cụm thu hồi năng lượng và hệ thống phanh truyền thống.
  • Phạm vi thời gian và vận tốc: Thử nghiệm mô phỏng tập trung ở ngưỡng tốc độ trung bình - thấp (từ 80 km/h trở xuống); chấp nhận giới hạn bỏ qua một phần thất thoát do ma sát cơ khí giữa các bề mặt tiếp xúc trong cụm chi tiết.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng dựa trên nguyên lý cơ học động lực học ô tô, lý thuyết truyền động bánh răng hành tinh và nguyên lý biến đổi cơ - điện:

  • Phương trình động năng tích trữ của bánh đà quán tính: $E = \frac{1}{2} J \omega^2$, trong đó $J$ là mô men quán tính của bánh đà và $\omega$ là vận tốc góc. Mức năng lượng tích lũy tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ góc, đòi hỏi bánh đà phải quay ở dải tốc độ rất cao để tối ưu kích thước và khối lượng.
  • Cơ sở kết hợp từ hai công trình nghiên cứu tiền đề:
    1. Nghiên cứu của Diego – Ayala (2008) về hệ thống tích trữ năng lượng bánh đà kết nối với trục truyền động (trục các-đăng) thông qua bộ bánh răng hành tinh kép (Planetary Gear System - PGS).
    2. Nghiên cứu SJSU – RBS của Tai – Ran Hsu (2013) về phương án giải phóng cơ năng từ bánh đà sang điện năng bằng máy phát xoay chiều lắp đồng trục.
  • Tổng hợp các phương pháp tích trữ năng lượng phanh hiện có:
Phương pháp tích trữ Nguyên lý hoạt động Ưu điểm chính Hạn chế chính
Lò xo cuộn Chuyển động năng thành thế năng biến dạng cơ học của lò xo qua bộ bánh răng và ly hợp Kết cấu nhỏ gọn, lắp trực tiếp tại moay-ơ bánh xe, chi phí thấp Khả năng tích trữ năng lượng hạn chế, dễ suy giảm tính đàn hồi
Thủy lực (HHV) Bơm dầu nén chất lỏng vào bình tích áp (lên tới 5000 psi) khi phanh Thu hồi hơn 70% năng lượng lãng phí khi phanh, công suất riêng lớn Hệ thống đường ống cồng kềnh, nguy cơ rò rỉ áp suất cao
Ắc quy (Lead-Acid) Chuyển cơ năng qua máy phát nạp thành hóa năng Khả năng trữ năng lượng trong thời gian dài, công nghệ phổ biến Tốc độ sạc/xả chậm, trọng lượng lớn, số chu kỳ nạp xả thấp
Siêu tụ (EDLC) Tích trữ điện năng trên lớp điện tích kép tĩnh điện Tốc độ nạp xả cực nhanh, độ bền chu kỳ cao, chịu nhiệt tốt Tự phóng điện nhanh, mật độ năng lượng thấp, giá thành cao
Bánh đà (Flywheel/KERS) Chuyển cơ năng thành động năng quay của đĩa quán tính trong buồng chân không Ổn định điện áp tuyệt đối, chịu nhiệt rộng (-40°C đến 150°C), giá vừa phải Tốc độ quay rất cao, kết cấu ổ đỡ phức tạp, có mô men con quay

Theo số liệu tổng hợp từ các nghiên cứu so sánh (tiêu biểu như Radhika Kapoor):

  • Về khả năng giảm tiêu thụ nhiên liệu: Siêu tụ điện giúp giảm tới 40%, bánh đà giảm 27%, hệ thống thủy lực giảm 18% và ắc quy giảm 15%.
  • Về cơ cấu giá thành thiết bị: Pin/ắc quy chiếm 6%, bánh đà chiếm 15%, siêu tụ điện chiếm 32% và hệ thống thủy lực chiếm 47%.
  • Về dải nhiệt độ vận hành ổn định: Bánh đà hoạt động từ -40°C đến 150°C, siêu tụ hoạt động ổn định bậc nhì, ắc quy chì - axit chỉ hoạt động tối ưu trong khoảng -15°C đến 50°C.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Thu thập, đối chiếu tài liệu kỹ thuật chuyên ngành ô tô trong và ngoài nước để lựa chọn cấu hình hệ thống.
  • Phương pháp tính toán giải tích: Xác lập hệ phương trình vi phân chuyển động, phương trình cân bằng công suất và lực cản (cản lăn, cản dốc, cản không khí, lực quán tính) dựa trên thông số kỹ thuật của xe Toyota Hiace.
  • Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số: Thiết lập mô hình khối chức năng bằng phần mềm Matlab/Simulink để kiểm chứng các thông số mô-men xoắn, dải vận tốc góc, công suất phát và hiệu suất thu hồi năng lượng.

Nguồn dữ liệu:

  • Dữ liệu cấu hình và kích thước hình học nguyên bản của xe Toyota Hiace.
  • Dữ liệu tham chiếu từ các bằng sáng chế và công trình nghiên cứu quốc tế: Diego – Ayala (2008), Tai – Ran Hsu (2013), Maxwell Technologies (siêu tụ), Williams Hybrid Power và Flybrid (bánh đà KERS).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống phanh tái tạo năng lượng được nhóm tác giả đề xuất cho dòng xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống có cấu trúc cơ điện tích hợp, loại bỏ sự phụ thuộc vào hộp số biến thiên vô cấp (CVT) đắt tiền nhằm giảm thiểu chi phí và hạ giá thành sản xuất.

Cấu trúc cơ học và điện học của cụm thu hồi năng lượng:

  • Vị trí lắp đặt: Cụm thiết bị được kết nối cơ khí trực tiếp với trục các-đăng (hoặc trục truyền động cầu chủ động của phương tiện).
  • Cơ cấu phân phối và khuếch đại tốc độ: Sử dụng một bộ bánh răng hành tinh kép (Planetary Gear System - PGS). Bánh răng bao của bộ PGS được trang bị một cơ cấu phanh dải điều khiển độc lập.
  • Cụm tích trữ và chuyển đổi: Trục đầu ra của bộ bánh răng hành tinh kết nối đồng trục trực tiếp với một bánh đà siêu tốc và một máy phát điện xoay chiều (Alternator). Dòng điện sinh ra từ máy phát qua bộ chỉnh lưu để sạc vào bình ắc quy lưu trữ của xe.

Quy trình vận hành và điều khiển hệ thống:

  • Chế độ phanh hoặc giảm tốc/xuống dốc: Tín hiệu từ bàn đạp phanh hoặc cảm biến bướm ga kích hoạt bộ phanh dải để hãm cứng bánh răng bao của bộ PGS. Quá trình khóa bánh răng bao thiết lập tỷ số truyền khuếch đại, truyền mô-men từ trục các-đăng đến bánh đà quán tính và làm quay roto của máy phát điện. Động năng của xe được chuyển thành năng lượng tích trữ trong bánh đà và phát điện nạp vào ắc quy, đồng thời tạo ra mô-men cản hỗ trợ giảm tốc xe.
  • Chế độ vận hành bình thường hoặc tăng tốc: Cơ cấu phanh dải nhả bánh răng bao. Bộ bánh răng hành tinh quay trơn tự do, ngắt liên kết truyền lực trực tiếp giữa trục truyền động với máy phát. Lúc này, bánh đà và máy phát tiếp tục quay theo quán tính còn lại để cấp điện cho các phụ tải trên xe mà không gây tiêu hao công suất của động cơ đốt trong.

Triển khai mô hình mô phỏng trên Matlab/Simulink:

  • Khối tính toán tải trọng và lực cản: Xây dựng các khối giải thuật con tính toán lực cản lăn ($F_f$), lực cản không khí ($F_w$), lực cản dốc ($F_i$) và lực cản quán tính ($F_j$) tương ứng với khối lượng toàn tải và diện tích cản chính diện của xe Toyota Hiace.
  • Khối động lực học truyền động: Mô phỏng vận tốc góc bánh xe, mô-men xoắn trên trục cầu chủ động và tốc độ quay trục các-đăng.
  • Khối cụm thu hồi RBS: Mô phỏng tỷ số truyền bộ PGS, động năng bánh đà, vận tốc góc máy phát điện và đường đặc tính công suất phát.
  • Bản đồ điều khiển chế độ (Control Map Logic): Xây dựng khối phân phối lệnh điều khiển đóng/ngắt ly hợp và kích hoạt phanh tái sinh dựa trên tín hiệu vận tốc xe và áp suất phanh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các hệ thống phanh tái tạo năng lượng

Chương này khảo cứu toàn diện hiện trạng tiêu thụ năng lượng của xe động cơ đốt trong và phân loại chi tiết các giải pháp phanh tái sinh trên thế giới. Tác giả phân tích cấu tạo và nguyên lý của hệ thống tái tạo bằng lò xo cuộn tại bánh xe; hệ thống thủy lực tích áp (HHV) với 4 phương án bố trí không gian (trên cầu sau, sử dụng mô-tơ bơm không hộp số, xoay 90 độ liên kết vi sai, và bố trí trên cầu trước) cùng 4 chế độ vận hành (Short Cruising, Extended Cruising, Phanh tái tạo, Cruising); phương pháp nạp ắc quy và siêu tụ điện; cơ cấu bánh đà quán tính siêu tốc KERS ứng dụng vật liệu composite sợi carbon - kevlar (điển hình trên xe đua Porsche 918 RSR và hệ thống thử nghiệm của Volvo đạt tốc độ 60.000 vòng/phút, bổ sung 80 mã lực).

Dựa trên việc so sánh tổng hợp về độ ổn định điện áp, khả năng chịu nhiệt độ môi trường, hiệu suất và giá thành (theo Bảng 1.1 trong văn bản), chương 1 đề xuất phương án ứng dụng cụm bánh đà quán tính kết hợp bộ bánh răng hành tinh kép (PGS) và máy phát điện xoay chiều đồng trục, kế thừa cấu trúc từ mô hình Diego – Ayala và SJSU – RBS để áp dụng riêng cho ô tô truyền thống mà không dùng hộp số CVT.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết đề tính toán các lực và công suất phanh cần thiết

Chương 2 tập trung xây dựng mô hình toán học làm căn cứ định lượng cho mô phỏng. Tác giả lựa chọn mẫu xe thương mại Toyota Hiace làm đối tượng nghiên cứu chuẩn. Nội dung chương trình bày chi tiết các bước:

  • Thiết lập hệ phương trình xác định lực cản chuyển động tác dụng lên ô tô khi phanh và giảm tốc: lực quán tính tịnh tiến và quay, lực cản không khí, lực cản mặt đường (sử dụng bảng hệ số cản lăn tương ứng các loại mặt đường).
  • Thiết lập phương trình cân bằng năng lượng khi phanh nhằm xác định phần động năng có thể thu hồi tại trục truyền động.
  • Tính toán xác định mô-men xoắn tác dụng lên trục cầu chủ động và trục các-đăng.
  • Tính toán tổn thất cơ giới và tổn thất điện từ của máy phát điện: xác định công suất tổn thất, hằng số hao tổn và hiệu suất chuyển đổi cơ - điện để làm thông số đầu vào cho mô phỏng.

Chương 3: Mô phỏng mô hình bằng Matlab Simulink

Nội dung chương 3 hiện thực hóa các công thức toán học từ Chương 2 thành các khối chức năng trực quan trên Matlab/Simulink. Nhóm tác giả xây dựng:

  • Khối thông số đầu vào của phương tiện (khối lượng, bán kính bánh xe, tỷ số truyền truyền lực chính, hệ số cản khí động học...).
  • Các khối mô phỏng lực cản độc lập: lực cản gió, lực cản dốc, lực quán tính xe.
  • Khối thông số động lực học tổng thể của xe.
  • Khối mô phỏng chi tiết cụm thu hồi năng lượng (bộ PGS, bánh đà, máy phát).
  • Bản đồ điều khiển (State Flow/Logic Blocks) để điều phối hoạt động đóng/cắt phanh dải bánh răng bao theo trạng thái làm việc của xe.
  • Khối mô phỏng tổng quát tích hợp và các khối hiển thị đồ thị kết quả: ghi nhận biến thiên mô-men xoắn tác dụng lên trục máy phát, tốc độ trục các-đăng, tốc độ quay và động năng tích lũy của bánh đà/máy phát, vận tốc góc bánh xe và đường đặc tính công suất điện phát ra.

Chương 4: Phân tích kết quả

Chương 4 xử lý các kết quả trích xuất từ mô hình mô phỏng Simulink:

  • Thiết lập Bảng 4.1 để tính toán giá trị lượng năng lượng thu được khi cho xe chạy theo từng chế độ vận hành thử nghiệm khác nhau (chế độ giảm tốc tự do, phanh nhẹ, phanh gấp).
  • Thiết lập Bảng 4.2 tính toán hiệu suất thu hồi năng lượng của hệ thống ở từng chế độ phanh và giảm tốc.
  • Phân tích mối quan hệ giữa tốc độ xe trước khi phanh với lượng điện năng nạp vào ắc quy, chỉ ra dải vận tốc và cường độ phanh mang lại hiệu suất thu hồi năng lượng cơ học cao nhất.

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu: đồ án đã thiết lập thành công mô hình toán và mô hình mô phỏng cụm phanh tái sinh bánh đà - máy phát điện trên xe động cơ đốt trong bằng Matlab/Simulink. Đồng thời, tác giả đề xuất các kiến nghị cải tiến kỹ thuật cho các giai đoạn phát triển tiếp theo, bao gồm việc tối ưu vật liệu bánh đà và thực nghiệm phần cứng trên bệ thử.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu đạt được:

  • Xây dựng thành công mô hình mô phỏng tổng thể hệ thống phanh tái tạo năng lượng (RBS) kiểu bánh đà - máy phát điện trên phần mềm Matlab/Simulink cho ô tô động cơ đốt trong dựa trên các thông số kỹ thuật của xe Toyota Hiace.
  • Định lượng hóa các thông số động lực học trong quá trình phanh và giảm tốc ở dải vận tốc dưới 80 km/h: xác định rõ quy luật biến thiên của mô-men tác dụng lên máy phát, tốc độ quay của trục các-đăng, vận tốc góc bánh xe, động năng tích trữ và công suất phát điện thực tế nạp về ắc quy.
  • Cung cấp bảng dữ liệu tính toán năng lượng thu hồi (Bảng 4.1) và bảng đánh giá hiệu suất của xe ở từng chế độ phanh và giảm tốc (Bảng 4.2) theo dữ liệu xuất từ mô hình mô phỏng.

Giải pháp và đề xuất kỹ thuật của nhóm tác giả:

  • Đề xuất phương án kết nối cơ khí trực tiếp cụm thu hồi năng lượng vào trục các-đăng xe truyền thống thông qua cơ cấu bánh răng hành tinh kép (PGS).
  • Ứng dụng giải pháp điều khiển phanh dải khóa/mở bánh răng bao của bộ PGS thay thế hoàn toàn cho hộp số biến thiên vô cấp (CVT), giúp đơn giản hóa cơ cấu chấp hành, hạ giá thành chế tạo và tạo tính khả thi cao khi lắp đặt trên các dòng xe thương mại hiện hữu.
  • Tận dụng năng lượng cơ học tích trữ tạm thời trong bánh đà để duy trì vận hành máy phát điện nạp cho ắc quy kể cả khi xe đã dừng hoặc đang tăng tốc trở lại, triệt tiêu tải kéo máy phát của động cơ đốt trong khi vận hành thông thường.

Đóng góp mới của đề tài:

  • Kết hợp sáng tạo giữa mô hình tích trữ bánh đà cơ học của Diego – Ayala (2008) và giải pháp phát điện xoay chiều đồng trục SJSU – RBS của Tai – Ran Hsu (2013) thành một hệ thống đồng bộ trên xe động cơ đốt trong không dùng mô tơ điện kéo.
  • Cung cấp bộ công cụ mô phỏng động lực học hoàn chỉnh trên Matlab/Simulink có khả năng tùy biến thông số cho nhiều loại xe tải nhẹ và xe khách tương tự xe Toyota Hiace.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Phạm vi nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm mô phỏng chỉ giới hạn ở dải tốc độ trung bình và thấp (từ 80 km/h trở xuống), chưa khảo sát các chu trình vận hành ở tốc độ cao trên đường cao tốc.
  • Mô hình mô phỏng có giới hạn về tính toán tiêu hao ma sát cơ học giữa các bề mặt chuyển động của các cặp bánh răng và ổ bi trong hệ thống bánh răng hành tinh kép.
  • Nghiên cứu mới dừng lại ở kết quả mô phỏng số trên máy tính, chưa tiến hành gia công chế tạo mô hình thực nghiệm phần cứng thực tế trên ô tô để đối chứng sai số thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Hoàn thiện thuật toán điều khiển tự động hóa áp suất phanh dải hãm bánh răng bao của bộ PGS nhằm tối ưu hóa thời gian ngắt/kết nối truyền động.
  • Nghiên cứu ứng dụng vật liệu composite sợi carbon cho bánh đà quán tính nhằm giảm khối lượng bản thân và nâng cao tốc độ quay giới hạn an toàn.
  • Chế tạo bệ thử nghiệm (test-bench) hoặc lắp đặt thử nghiệm trực tiếp cụm thu hồi năng lượng lên xe Toyota Hiace để thu thập dữ liệu đo đạc thực tế, hiệu chỉnh mô hình mô phỏng Simulink.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

  • Giảng viên, sinh viên và học viên cao học ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực và Cơ điện tử đang thực hiện các đề tài nghiên cứu về giải pháp tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải trên ô tô.
  • Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) quan tâm đến việc cải tiến hệ thống truyền lực truyền thống, thiết kế các cơ cấu phụ trợ thu hồi động năng dư thừa (KERS) dạng cơ khí - điện.
  • Các nhà nghiên cứu về mô phỏng hệ thống động lực học ô tô: cấu trúc xây dựng các khối tính toán lực cản, khối truyền động bánh răng hành tinh và bản đồ logic điều khiển chế độ phanh trên Matlab/Simulink tại Chương 3 là tài liệu mẫu trực quan có thể kế thừa và mở rộng.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài lựa chọn mẫu xe nào làm đối tượng tính toán mô phỏng và dựa trên những thông số gì?
Tác giả lựa chọn mẫu xe thương mại Toyota Hiace làm đối tượng nghiên cứu. Các thông số đầu vào được đưa vào tính toán mô phỏng bao gồm: khối lượng toàn tải của xe, bán kính làm việc của bánh xe, diện tích cản gió chính diện, hệ số cản không khí, tỷ số truyền của hệ thống truyền lực chính và các hệ số cản lăn mặt đường tương ứng.

2. Điểm khác biệt cơ bản giữa phương án RBS đề xuất trong đồ án so với hệ thống KERS truyền thống là gì?
Hệ thống KERS bánh đà thông thường (như trên xe đua F1 hay các thiết kế của Flybrid) bắt buộc phải sử dụng hộp số biến thiên vô cấp (CVT) với chi phí chế tạo rất cao để tương thích tốc độ góc giữa bánh đà và trục bánh xe. Phương án đề xuất trong đồ án đã loại bỏ hộp số CVT, thay bằng cơ cấu bộ bánh răng hành tinh kép (PGS) điều khiển bằng phanh dải kết hợp máy phát điện xoay chiều đồng trục, giúp giảm giá thành và đơn giản hóa kết cấu.

3. Nguyên lý thu hồi và giải phóng năng lượng của cụm RBS trong đồ án diễn ra như thế nào?
Khi người lái đạp phanh hoặc xe giảm tốc/xuống dốc, phanh dải kích hoạt khóa bánh răng bao của bộ PGS, truyền động năng từ trục các-đăng qua cụm khuếch đại làm quay bánh đà và máy phát điện xoay chiều để nạp điện vào ắc quy. Khi xe tăng tốc hoặc chạy đều, bánh răng bao được mở khóa để bộ PGS quay trơn tự do, ngắt liên kết cơ học với trục truyền động; lúc này bánh đà tiếp tục quay theo quán tính để dẫn động máy phát cấp điện cho phụ tải mà không tiêu tốn công suất động cơ.

4. Dữ liệu văn bản so sánh khả năng giảm tiêu thụ nhiên liệu giữa các phương pháp tích trữ năng lượng như thế nào?
Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Radhika Kapoor được trích dẫn trong đồ án, việc ứng dụng siêu tụ điện cho khả năng cắt giảm tiêu thụ nhiên liệu cao nhất (đạt mức 40%), tiếp theo là bánh đà siêu tốc (giảm 27%), hệ thống tích năng thủy lực (giảm 18%) và phương pháp dùng ắc quy (giảm 15%).

5. Sản phẩm nghiên cứu chính của đồ án tốt nghiệp này là gì?
Sản phẩm chính của đồ án là bộ mô hình mô phỏng toán học và động lực học hệ thống phanh tái tạo năng lượng hoàn chỉnh được xây dựng trên môi trường phần mềm Matlab/Simulink, kèm theo các bản đồ phân tích mô-men, tốc độ góc, động năng tích trữ và hiệu suất thu hồi năng lượng của hệ thống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh tái tạo năng lượng trên động cơ đốt trong" của sinh viên Đỗ Thiện Khiêm và Nguyễn Công Bảo Duy đã giải quyết thành công bài toán tái sử dụng động năng hao phí cho các dòng ô tô sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Bằng việc kết hợp sáng tạo giữa bộ bánh răng hành tinh kép (PGS), bánh đà quán tính và máy phát điện xoay chiều, nhóm tác giả đã đề xuất một giải pháp kỹ thuật khả thi, giúp cắt giảm chi phí sản xuất so với các hệ thống KERS dùng hộp số CVT thông thường. Toàn bộ cơ sở tính toán lý thuyết động lực học trên xe Toyota Hiace đã được số hóa và kiểm chứng chi tiết thông qua mô hình mô phỏng Matlab/Simulink, cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho các nghiên cứu chế tạo thực nghiệm tiếp theo.