Nghiên cứu phối hợp động lực xe hybrid bằng AVL CRUISE - Trần Tuấn Anh

Tài liệu luận văn thạc sĩ nghiên cứu phối hợp nguồn động lực cho xe hybrid. Trình bày chi tiết các bước mô phỏng và tính toán bằng phần mềm AVL CRUISE.

• Tác giả: Trần Tuấn Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Khổng Vũ Quảng
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Phối hợp động lực xe hybrid bằng AVL CRUISE
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Xe Hybrid và Tầm Quan Trọng của Phối Hợp Động Lực

Xe hybrid đã trở thành giải pháp tiên tiến trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại, kết hợp hai nguồn năng lượng: động cơ đốt trong và động cơ điện. Phương pháp phối hợp động lực xe hybrid là chìa khóa để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm khí thải ô nhiễm. Theo nghiên cứu của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, việc phối hợp hiệu quả hai nguồn động lực không chỉ nâng cao hiệu năng xe mà còn kéo dài tuổi thọ các linh kiện. Luận văn về phối hợp động lực xe hybrid bằng AVL CRUISE nhằm cung cấp những phương pháp tính toán khoa học và thực tiễn để tối ưu hóa hệ thống truyền động hybrid.

1.1. Nguồn Gốc và Định Nghĩa Xe Hybrid

Xe hybrid ra đời từ nhu cầu giảm khí thải và tiết kiệm năng lượng. Xe hybrid được định nghĩa là phương tiện sử dụng hai hoặc nhiều hệ thống cung cấp năng lượng để chuyển động. Hệ thống này cho phép tối ưu hóa hiệu suất bằng cách sử dụng động cơ điện vào những lúc cần thiết, giảm phụ thuộc vào động cơ đốt trong truyền thống.

1.2. Xu Hướng Phát Triển và Ứng Dụng Hiện Đại

Hiện nay, phối hợp động lực hybrid đang trở thành tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp xe hơi. Các nhà sản xuất hàng đầu thế giới đều đầu tư vào công nghệ này. Xu hướng phát triển tập trung vào việc nâng cao hiệu suất năng lượng và giảm chi phí sản xuất, tạo ra các mẫu xe vừa kinh tế vừa bền vững.

II. Các Phương Pháp Phối Hợp Nguồn Động Lực Hybrid

Có ba phương pháp chính trong phối hợp động lực xe hybrid: phối hợp nối tiếp, phối hợp song song, và phối hợp song song nối tiếp. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại xe khác nhau. Phương pháp phối hợp nối tiếp thích hợp cho xe buýt và xe tải nặng, trong khi phối hợp song song được ứng dụng rộng rãi trong xe du lịch. Lựa chọn phương pháp phối hợp phù hợp là yếu tố quyết định sự thành công của hệ thống hybrid. Sử dụng phần mềm AVL CRUISE, các kỹ sư có thể mô phỏng và tính toán hiệu quả từng phương pháp trước khi sản xuất.

2.1. Phương Pháp Phối Hợp Nối Tiếp

Trong phối hợp nối tiếp, động cơ điện là nguồn cung cấp năng lượng chính, trong khi động cơ đốt trong chỉ dùng để sạc pin. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốc độ động cơ nổ chính xác hơn, từ đó giảm khí thải. Tuy nhiên, hiệu suất tổng thể thấp hơn do mất mát năng lượng khi chuyển đổi.

2.2. Phương Pháp Phối Hợp Song Song

Phối hợp song song cho phép cả động cơ đốt trong và động cơ điện cùng cung cấp công suất. Phương pháp này tối ưu hóa hiệu suất năng lượng tổng thể và phù hợp với nhiều điều kiện lái khác nhau. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong các xe hybrid thương mại hiện nay.

III. Ứng Dụng Phần Mềm AVL CRUISE trong Phối Hợp Động Lực

Phần mềm AVL CRUISE là công cụ mô phỏng tiên tiến dành cho ngành công nghiệp ô tô, cho phép kỹ sư tính toán và tối ưu hóa hệ thống phối hợp động lực hybrid. Phần mềm này cung cấp giao diện thân thiện và các công cụ tính toán mạnh mẽ để lựa chọn các linh kiện như động cơ điện, ắc quy, hộp số, và hệ thống phanh. Với AVL CRUISE, các nhà thiết kế có thể thực hiện các phép tính phức tạp, mô phỏng các chế độ chạy khác nhau, và đánh giá hiệu suất của toàn bộ hệ thống trước khi sản xuất thực tế. Công cụ này giúp giảm chi phí phát triển sản phẩm và nâng cao chất lượng thiết kế.

3.1. Các Tính Năng Chính của AVL CRUISE

AVL CRUISE cung cấp các tính năng mô phỏng chi tiết: tính toán công suất động cơ, phân chia tỷ lệ công suất, lựa chọn động cơ đốt trong và điện. Phần mềm hỗ trợ tính toán pin điện, hộp phân phối, vi sai, và nhiều linh kiện khác. Giao diện trực quan giúp người dùng dễ dàng nhập dữ liệu và nhận được kết quả chi tiết.

3.2. Quy Trình Thiết Kế với AVL CRUISE

Quy trình thiết kế sử dụng AVL CRUISE bao gồm các bước: lựa chọn xe tham khảo, xác định phương pháp phối hợp động lực, tính toán công suất cần thiết, lựa chọn các thành phần, và mô phỏng các chế độ chạy. Mỗi bước đều được hỗ trợ bởi các công cụ tính toán và biểu đồ hiển thị kết quả chi tiết.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Hướng Phát Triển Tương Lai

Luận văn nghiên cứu phối hợp động lực xe hybrid bằng AVL CRUISE đã cung cấp những kết quả quan trọng về cách tối ưu hóa hệ thống truyền động hybrid. Các phép tính toán chi tiết về công suất, lựa chọn thành phần, và mô phỏng hiệu suất đều được thực hiện một cách khoa học. Kết quả cho thấy, phương pháp phối hợp song parallel mang lại hiệu suất tốt nhất trong điều kiện lái đô thị. Các hướng phát triển tương lai bao gồm việc tích hợp công nghệ pin mới, cải thiện thuật toán điều khiển, và phát triển các vật liệu nhẹ hơn để giảm khối lượng xe và tăng hiệu suất năng lượng.

4.1. Những Phát Hiện Chính từ Nghiên Cứu

Nghiên cứu cho thấy phối hợp động lực hybrid hiệu quả nhất khi động cơ điện được sử dụng trong các chế độ lái thành phố với tốc độ thấp. Hiệu suất nhiên liệu được cải thiện từ 30-40% so với xe chỉ dùng động cơ đốt trong. Ngoài ra, khí thải CO2 giảm đáng kể, góp phần bảo vệ môi trường.

4.2. Triển Vọng và Ứng Dụng Thực Tiễn

Trong tương lai, công nghệ hybrid sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của xe điện hybrid nâng cao và pin sạc nhanh. Các nhà sản xuất ô tô đang tập trung vào việc làm cho xe hybrid trở nên giá cả phải chăng hơn. Ứng dụng của AVL CRUISE sẽ mở rộng hơn nữa, giúp các kỹ sư thiết kế xe hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TÔNG QUAN VẺ VĂN DẺ NGHIÊN CỬU.1 Nhiền liêu và các vấn đề mỗi trường 1 1.2 Tổng quan về phái triển n pm động lực cho nhưng tiện gino thông 4 1.3 Giới thiệu H He rereruie ed 1.1 Nguồn gốc ra đời cửa xe hybrid 5 1.2 Định nghĩa về xe hybrid 6 tinh ide 49 eda dng cv din và động cơ đốt rong 6 1.5 Xu hướng phát triển xe hybrid.1 Giới thiệu một số miu xe hybrid - S10 1.2 Ưu, nhược điểm của xe hybrid - 18 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÓI HỢP NGUÒN ĐỘNG Lye 14 2.1 Các phương pháp phỏi hợp nguồn đông lực hybrid.1 Phương pháp phối hợp nôi tiếp.2 Phương pháp phôi hợp song sang 15 2.3 Phương pháp phối hẹp sơng song nỗi tiếp seen 1G 2.2 Corsé Ina chon phiong phip phối hợp nguồn đồng lực cho xe hybrid.1 Lita chon xe tha khảo 7 2.2 Lua chọn phương pháp phối hợp nguồn động ine eho xe hybrid.3 Lựa chọn bộ kết hợp công suẤt cho hệ phôi hợp tof kiểu song song 19 2.3 Tink toan xic dinh nguén déng kre cho xe hybrid.1 Tỉnh toán eông suỗi tng .2 Phin chia ty 18 sông suất - 22 2.3 Tỉnh toán lựa chọn động cơ đốt rong - - 23 2.4 Tỉnh toán lựa chọn động cơ điệi 23 2.5 Tính toán lựa chon nity plait điện 37 2.6 Tỉnh toán lựa chọn ắc quy.7 Tính toán lựa chọn hộp phán phối 31 iii Hinh PLA Lara chọn xc Thinh PLS Lara chon dic tinh Hinh PL6 Hién thị các thông số cơ bán cửa xe. Hinh PL7 Lựa chọn động cơ, Hình PL8 Các thông số eơ bản của động cơ Hình P19 Đồ thị biểu điễn cáo thông số đặc trưng của động cơ - cece ST Hinh PL10 Đô thị biểu diễn các thông số đặc trưng của động cơ.

co Hình PLI1 Chọn bộ tuyên động. Hinh PL12 Thông số hiệu suất vàtôn hao mô znen xoii Tĩnh PL13 Ly hop Hirth PLA Thing s6 của ly hợp. Hinh PL1S Cho bộ truyền đơn. Hình PL16 Chọn vi sai.

Hinh PL17 Các thông số vi sai.1§ Chọn Pianhi Hình PL19 Các thông sô phanh. Hinh PL20 Chọn bảnh xe. 1lình PL21 Đặc tính bánh Hinh PL22 Các thông số bánh xe. Hình PL23 Chọn khoang lái Hinh PL24 Dặc tính khoang lúi.

Hinh PL25 Các thông số Khoang lái. 1lình PL26 Chọn động ø điện. Hinh PL27 Các thông số đông cơ điện Tình PL28 Chọn Ác quy. - Hinh PL29 Các thôngsố ắc quy.

Hinh PL30 Chọn muản hình hiễn thị. 1Iinh PLÄ1 Mô hình đây đủ các mô đụn. Hinh PL32 Cac liên kết bus dữ liện Hình PL33 Các lín hiệu vào và - - 57 Hinh PL34 Cita s6 giao điện cải dit cdu hinh ché project. Hinh PL35 Đặc điểm hệ thông truyền động.

- en) 1lình PL36 Giao điện chế độ chạy. 68 Hinh PL37 Các thông số điều kiện - - - - 69 Hình P138 Giao điện các thông số người lái. - 69 Hình PL39 Các kiểu tính toán.70 Hinh PL40 Giao điện tình toán. Tĩnh PL41 Giao điện ma trận tính toán.

71 Hinh PL42 Giao diện tính toán khi thay đối thành phần.43 Giao điện khi tính toản hỗn hợp. - 72 Hình PL44 Giao điên thông tin về mmô hình. 72 Hinh PL4S Biểu đồ kết quả. kh tên - Tĩnh PL46 Thàng tin mô hỉnh 3 Tình PLL47 Các đồ thị kết qua sau khi chạy: 74 MG DAT 1.

Lý do chọn để tài Phương tiện giao thông là nguồn phat thai 6 nhiễm không khí quan trọng nhật hiện nay. Vì vậy, phương tiện giao thông không gây ô nhiễm ZEV(zero emission vehicle) Ut lau da 1a muc tiêu nghiên cửu của các nhà khoa học. Nhiều giải pháp đã được đưa ra cả về mặt hoàn thiện kết cầu động cơ lấn tìm kiểm các nguồn nhiên liệu. thay thế xăng đầu truyền thông để giảm mức độ phát thải ô nhiễm.

Các nghiên cứu này lrở nên bức thiết khi nguồn đầu lửa ngày cảng cạn kiệt, giá dầu thô thay đổi thất thường và dường như không còn được kiểm soát bằng những giải pháp truyền thông mà thể giới đã dùng trong hơn thể kỷ qua. Củng xu hướng phát triển của các ngành khoa học và công nghệ, trong thời gian qua ngành công nghiệp 6 tô thế giới đã không ngừng được nghiên cứn phát triển và íng dụng các công nghệ mới và hiện đại để dap ứng các liêu chuẩn phat thải ngây cảng ngặt nghèo cũng như yêu cầu cao về tiểu thụ nhiên liễu đối với các dòng xe mới. IIybrid đang là xu thể phát triển trên các dòng xe hiện nay. Cũng với xu hướng đó Việt Nam đã xuất hiện nhiều đòng xe hybrid của các hãng.

Tuy nhiên đây là công nghề mới, hiện đại, phức tạp, đặu biệt công nghệ hybrid vẫn lá bí mật của các hãng Chính vì vậy đã ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình sử đựng, sửa chữa và báo dưỡng các đồng xe này. Dé ting bước làm chủ công nghệ cũng như nâng cao hiệu quà khai thác dòng xe hybrid, hign nay trong nước đã có một số nghiên cứu về vấn đẻ này tuy nhiên. Chinh vi vay ma em da chon dé tai “Ng cho xe h -Cruise” TT. Mục đích, đối tượng và phạm vì nghiên cứu của để tài i) Mue dich nghién cin lng phin mdm AVI-Cruse DANH MỤC CÁC HÌNH VE VA ĐỎ THỊ Hình I.1 Số lương ò tô và xe mảy hoạt dộng hàng năm cúa Việt Nam |1 |.

wl Hình 12 Tỷ lệ phát thái các khí gấy ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Việt Nam Tăm 2I)11[1] Iình 1.3 Lượng khí thải CO do các phương tiện eơ giới đường bộ gây ra[1] Hinh 1.4 Tỷ lệ phat thai cde chat gây ö nhiềm do các phương tiện cơ giới đường bộ[1] Hình I.5 Tỷ lệ ö tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 201111 |.6 Dặc tính krc kẻo-tốc độ với công suất yêu cầu cửa động cơ xăng |2] Tình 1.7 Đặc tính lực kéo-lốc độ với hộp số tự đông cửa một xe [?].8 Bac tính tiêu hao nhiên liệu của một đông cơ xăng [2] Hinh 1.9 Đặc tỉnh của một mỏ-tơ điện [2] Hình 1.10 Lựo kéo cửa we có6 dang ©co xăng với hộp SỐ 1 cấp [2] - Tĩnh 2.2 Kiểu song song.3 Kiểu kết hợp.4 Hình chiều đứng ô tô hybrid? chs ngồi sir dung done 'oơ nht— điện 7 Hinh2.5 Sơ để phối hợp nguồn động lực kiểu song song. eevee LD Hình 2.6 Bộ kết hợp côngsuất kiểu vị sai.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.8 Sơ đồ mạch tương ứng của động cơ diện kích tử nỗi tiếp.9 Đô thị đắc tính cơ của đông cơ điện.10 Dộng eơ điện một ciều MES 200-175 to 200-150.11 Mạch điện sạc bự động dùng trần xe " - 3] Thinh 2.12 Ché dé chay lang te he 32 Hinh2.13 Chế độ chạy ồn định " .14 Chế đô tăng tốc và - 33 Hình 2.15 Chế độ nạp ác quy.16 CHẾ độ rụp ắc quy khi xe đứng yên.17 Tô kết hợp công suất kiểu vi sai khi chỉ Im ( của đông cơritl[6]35 Hinh 2.18 Bộ kết hợp công suật kiêu vị sai khi chỉ truyền công sưát của dộng cơ điệnj6].19 Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai khí chỉ truyền cả 2 nguằn[6] - 36 Hình 3.1 Sơ đồ làm việc của ắc qv 3p Hình 3.2 Sơ đỗ làm việc của bộ điều khiến hệ thông truyền lực - e AO Thinh 3.3 Sơ đỗ làm việc của các chế đồ vận hành.4 Các bước xây dụng mô hình.5 Mô hình xe thông thường - - 4 Hình 3.6 Mô hình xe hybrid 43 Hình 3.7 Chu trình thứ NEDC.9 Tiêu hao nhiên liệu.11 Phát thai CO.12 Phát thải HC - - - 4g Hình 3.13 KẾL quả tông thỂ so sánh2 loại xe.30 Hinh PL1 Tạo thư mục chương trình. HH nghi ru eee SS Hình PL2 Dật tênchương trình. 53 Tinh PL3 Chon load 48 mé mé hinh - 33 vũ Hinh PLA Lara chọn xc Thinh PLS Lara chon dic tinh Hinh PL6 Hién thị các thông số cơ bán cửa xe.

Hinh PL7 Lựa chọn động cơ, Hình PL8 Các thông số eơ bản của động cơ Hình P19 Đồ thị biểu điễn cáo thông số đặc trưng của động cơ - cece ST Hinh PL10 Đô thị biểu diễn các thông số đặc trưng của động cơ. co Hình PLI1 Chọn bộ tuyên động. Hinh PL12 Thông số hiệu suất vàtôn hao mô znen xoii Tĩnh PL13 Ly hop Hirth PLA Thing s6 của ly hợp. Hinh PL1S Cho bộ truyền đơn.

Hình PL16 Chọn vi sai. Hinh PL17 Các thông số vi sai.1§ Chọn Pianhi Hình PL19 Các thông sô phanh. Hinh PL20 Chọn bảnh xe. 1lình PL21 Đặc tính bánh Hinh PL22 Các thông số bánh xe.

Hình PL23 Chọn khoang lái Hinh PL24 Dặc tính khoang lúi. Hinh PL25 Các thông số Khoang lái. 1lình PL26 Chọn động ø điện. Hinh PL27 Các thông số đông cơ điện Tình PL28 Chọn Ác quy.

- Hinh PL29 Các thôngsố ắc quy. Hinh PL30 Chọn muản hình hiễn thị. 1Iinh PLÄ1 Mô hình đây đủ các mô đụn. Hinh PL32 Cac liên kết bus dữ liện Hình PL33 Các lín hiệu vào và - - 57 Hinh PL34 Cita s6 giao điện cải dit cdu hinh ché project.

Hinh PL35 Đặc điểm hệ thông truyền động. - en) 1lình PL36 Giao điện chế độ chạy. 68 Hinh PL37 Các thông số điều kiện - - - - 69 Hình P138 Giao điện các thông số người lái. - 69 Hình PL39 Các kiểu tính toán.70 Hinh PL40 Giao điện tình toán.

Tĩnh PL41 Giao điện ma trận tính toán. 71 Hinh PL42 Giao diện tính toán khi thay đối thành phần.43 Giao điện khi tính toản hỗn hợp. - 72 Hình PL44 Giao điên thông tin về mmô hình. 72 Hinh PL4S Biểu đồ kết quả.

kh tên - Tĩnh PL46 Thàng tin mô hỉnh 3 Tình PLL47 Các đồ thị kết qua sau khi chạy: 74 ii) Đôi tượng và phạm ví nghiên cứu Xe ô tô hybrid 7 chỗ ngồi và được sit dung hai nguồn động lực là động cơ xăng và động cơ điện. Nghiên cứa được thực hiện trên mô phỏ -Cruise. Các nội dụng nghiên cứu của để tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm Đông cơ đốt trong, Viên Cơ khí động lực, Trưởng Đại học Bách khoa Há Nội. Tham vi nghiên cứu -Cruise IL Phuong pháp nghiên cứu Sư dụng phần mềm AVL-Cruise để mô phông hệ động lực xe hybrid.

Ý nghĩa khoa học vả thực tiễn Đã xây dựng thành công mô hình xe hybrid va xe 6 tô sử đụng động cơ đốt trong thông thường trên phần mềm AVL-Cruise và thực hiện chạy mô phông theo chu trình thử NEDC để đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật, mức tiêu hao nhiên liệu. và phát thải. Kết quà của để tài là cơ sở bước đầu sử dụng phan mén AVL - Cruisc để mỏ phỏng hệ động lực hybrid góp phân tùng bước làm chủ vẻ công nghệ xe hybrid V.