Ứng dụng MATLAB/SIMULINK trong mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song - chuỗi

Khám phá ứng dụng của Matlab Simulink trong mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu cho xe hybrid nối tiếp và song song. Tối ưu hóa hiệu suất xe.

Chuyên ngành

Automotive Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

graduation project

2023

105
3
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

Disclaimer

Acknowledgements

Table of Contents

1. CHAP 1: INTRODUCTION

1.1. Overview of Topic

1.2. The reason to choose this topic

1.3. Object and scope of the study

1.4. Some related research

1.5. Overview of HEV

1.6. Working Principle of Hybrid Vehicle

1.7. Types of tranmission

1.8. Series – Parallel Hybrid

1.9. Comparing Hybrid Vehicle with ICE Vehicle

1.10. Hybrid Vehicles in Viet Nam and The World

2. CHAP 2: THEORITICAL BASIC OF SERIES-PARALLEL HYBRID SYSTEM

2.1. The components of Series-Parallel Hybrid vehicle system

2.2. 2AZ-FXE engine

2.3. MG1 and MG2. Power Split Device

2.4. Motor Speed Reduction Planetary Gear

2.5. DC-DC Converter

2.6. Cooling Fan Control for HV Battery

2.7. Sealed Nickel Metal Hydride Battery

2.8. Battery Smart Unit

2.9. THS ECU Control

2.10. Auxiliary Battery Charging Control

2.11. Inverter Assembly Control

2.12. Skid Control ECU Control

2.13. Operation mode of serries-parallel hybrid vehicle

2.14. Selection of simulation methods to study the Series – Parallel Hybrid Vehicles

2.15. The simulation method involves establishing a mathematical model to simulate the operation of a hybrid powertrain system with a Series - Parallel configuration. Simulation with specialized software

3. Chapter 3: Modeling and Simulation HEV with MATLAB/Simulink software

3.1. MATLAB/Simulink software

3.2. Modeling Series – Parallel HEV

3.3. Internal Combustion Engine

3.4. Power Split Device

4. Chapter 4: MATLAB SIMULATION RESULTS

4.1. Vehicle simulation parameters

4.2. Driving cycle test

4.3. The UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle (Low Powered Vehicles) is an alternative for Low-Powered Vehicles

4.4. The Highway Fuel Economy Driving Schedule (HWFET)

4.5. 15 Mode Driving Schedule for Exhaust Measurement and Fuel Economy Test Procedure

4.6. Results of simulation

4.7. Results of the UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle (Low Powered Vehicles)

4.8. Results of the Highway Fuel Economy Driving Schedule

4.9. Results of the Japanese 10.15 Mode Driving Schedule

4.10. Comparing fuel efficiency

4.11. Research and Development Directions

List of Figures

List of Tables

List of acronyms

Abstract

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song

Mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Xe hybrid song song kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu. Việc sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK để mô phỏng giúp các kỹ sư có thể phân tích và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của xe, từ đó đưa ra các giải pháp hiệu quả hơn cho việc tiết kiệm nhiên liệu.

1.1. Lý do chọn chủ đề mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu

Sự gia tăng ô nhiễm môi trường và nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu đã thúc đẩy nghiên cứu về xe hybrid. Mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống hybrid và tìm ra các giải pháp tối ưu.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào mô hình xe hybrid song song và ứng dụng MATLAB/SIMULINK để mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trong các điều kiện lái xe khác nhau.

II. Thách thức trong mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid

Mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song gặp nhiều thách thức, bao gồm việc xác định các thông số kỹ thuật chính xác và xây dựng mô hình động lực học phức tạp. Các yếu tố như trọng lượng xe, điều kiện lái xe và hiệu suất của động cơ đều ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng. Việc tối ưu hóa các thông số này là rất cần thiết để đạt được kết quả chính xác.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu

Trọng lượng xe, kiểu dáng khí động học và điều kiện đường xá là những yếu tố chính ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu. Việc phân tích các yếu tố này giúp cải thiện hiệu suất của xe hybrid.

2.2. Khó khăn trong việc xây dựng mô hình động lực học

Xây dựng mô hình động lực học cho xe hybrid song song yêu cầu kiến thức sâu rộng về cơ khí và điện tử. Việc tích hợp các thành phần khác nhau trong mô hình cũng là một thách thức lớn.

III. Phương pháp mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu bằng MATLAB SIMULINK

MATLAB/SIMULINK là công cụ mạnh mẽ cho việc mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song. Phương pháp này cho phép xây dựng mô hình động lực học chi tiết, từ đó phân tích hiệu suất và tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu. Việc sử dụng các khối mô hình trong SIMULINK giúp dễ dàng điều chỉnh và kiểm tra các thông số khác nhau.

3.1. Xây dựng mô hình động lực học trong MATLAB

Mô hình động lực học được xây dựng bằng cách sử dụng các khối mô hình trong MATLAB, cho phép mô phỏng các thành phần như động cơ, hộp số và hệ thống truyền động.

3.2. Phân tích kết quả mô phỏng

Sau khi hoàn thành mô hình, việc phân tích kết quả mô phỏng giúp xác định các thông số tối ưu cho tiêu thụ nhiên liệu, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid

Mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của xe mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc thiết kế và phát triển xe mới. Các nhà sản xuất ô tô có thể sử dụng kết quả mô phỏng để tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu chi phí sản xuất.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ mô phỏng

Các nghiên cứu cho thấy mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu của xe hybrid, từ đó giảm thiểu khí thải và bảo vệ môi trường.

4.2. Tác động đến ngành công nghiệp ô tô

Việc áp dụng mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu giúp các nhà sản xuất ô tô phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu

Mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song là một công cụ quan trọng trong việc phát triển công nghệ ô tô hiện đại. Với sự phát triển của công nghệ, các mô hình mô phỏng sẽ ngày càng chính xác và hiệu quả hơn, mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp ô tô.

5.1. Tương lai của xe hybrid và công nghệ mô phỏng

Công nghệ mô phỏng sẽ tiếp tục phát triển, giúp tối ưu hóa hiệu suất của xe hybrid và giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu trong tương lai.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện các mô hình mô phỏng và áp dụng các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu.

14/07/2025
Application of matlab simulink in fuel consumption simulation on series parallel hybrid vehicles

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION THESIS AUTOMOTIVE ENGINEERING APPLICATION OF MATLAB/SIMULINK IN FUEL CONSUMPTION SIMULATION ON SERIES-PARALLEL HYBRID VEHICLES ADVISOR : Ph. NGUYEN VAN LONG GIANG STUDENTS: HO KHANH DAT NGUYEN TA HOANG DUONG SKL010766 Ho Chi Minh City, July 2023 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT APPLICATION OF MATLAB/SIMULINK IN FUEL CONSUMPTION SIMULATION ON SERIES- PARALLEL HYBRID VEHICLES HO KHANH DAT Student ID: 19145143 NGUYEN TA HOANG DUONG Student ID: 19145142 Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING Advisor: NGUYỄN VĂN LONG GIANG, PhD. Ho Chi Minh City, July 2023 THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, July 10, 2023 GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT Student name: Nguyễn Tạ Hoàng Dương Student ID: 19145142 Student name: Hồ Khánh Đạt Student ID: 19145143 Major: Automotive Engineering Class: 19145CLA Advisor: Nguyễn Văn Long Giang, PhD Phone number: _________________ Date of assignment: _____________________ Date of submission: _____________ 1. Project title: APPLICATION OF MATLAB/SIMULINK IN FUEL CONSUMPTION SIMULATION ON SERIES-PARALLEL HYBRID VEHICLES 2.

Initial materials provided by the advisor: ___________________________________ 3. Content of the project: _________________________________________________ 4. Final product: ________________________________________________________ CHAIR OF THE PROGRAM ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) i THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, July 7, 2023 PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: Nguyễn Tạ Hoàng Dương Student ID: 19145142 Student name: Hồ Khánh Đạt Student ID: 19145143 Major: Automotive Engineering. Project title: APPLICATION OF MATLAB/SIMULINK IN FUEL CONSUMPTION SIMULATION ON SERIES-PARALLEL HYBRID VEHICLES Name of Reviewer:.

Content and workload of the project. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, July 10, 2023 REVIEWER (Sign with full name) iii Disclaimer The authors, Ho Khanh Dat and Nguyen Ta Hoang Duong, we thus certify that the works included in this thesis are original works of ours. The numbers and data in the thesis are accurate and have not been previously released. We promise that we have properly referenced every piece of information we have gleaned from another source, including the author of the material.

v Acknowledgements During the time of studying and researching for our graduation thesis, with the support of teachers of the Faculty of High Quality Education, family, predecessors, and colleagues. We are deeply indebted to PhD. Nguyen Van Long Giang, who encouraged and guided us during the graduation project. We want to thank the Board of Directors of Ho Chi Minh City University of Technology and Education and the Faculty of Vehicle and Energy Engineering instructor for their assistance and guidance during our studies.

We learned many new things that will support us in the future, as in our graduation thesis. The thesis still needs to be improved, despite the fact that there have been numerous attempts made during the implementation process. Because of our limited professional knowledge and experience, we anticipate the invaluable contributions of instructors and students. Colleagues are still exchanging ideas and providing input to assist us refine the thesis.

Additionally, we want to thank our friends and coworkers for their support and encouragement in getting this graduation thesis done. vi Table of Contents Disclaimer. vi Table of Contents. vii List of Figures.

x List of Tables. xiii List of acronyms. xv Chap 1: INTRODUCTION. Overview of Topic.

The reason to choose this topic. Object and scope of the study. Some related research. Overview of HEV.

Working Principle of Hybrid Vehicle. Types of tranmission. Series – Parallel Hybrid. Comparing Hybrid Vehicle with ICE Vehicle.

Hybrid Vehicles in Viet Nam and The World. 9 Chap 2: THEORITICAL BASIC OF SERIES-PARALLEL HYBRID SYSTEM. The components of Series-Parallel Hybrid vehicle system. 2AZ-FXE engine.

MG1 and MG2. Power Split Device. Motor Speed Reduction Planetary Gear. DC-DC Converter.

Cooling Fan Control for HV Battery. Sealed Nickel Metal Hydride Battery. Battery Smart Unit. THS ECU Control.

Auxiliary Battery Charging Control. Inverter Assembly Control. Skid Control ECU Control. Operation mode of serries-parallel hybrid vehicle.

Selection of simulation methods to study the Series – Parallel Hybrid Vehicles 49 2. The simulation method involves establishing a mathematical model to simulate the operation of a hybrid powertrain system with a Series - Parallel configuration. Simulation with specialized software. 53 Chapter 3: Modeling and Simulation HEV with MATLAB/Simulink software.

MATLAB/Simulink software. Modeling Series – Parallel HEV. Internal Combustion Engine. Power Split Device.

67 Chapter 4: MATLAB SIMULATION RESULTS. Vehicle simulation parameters. Driving cycle test. The UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle (Low Powered Vehicles) is an alternative for Low-Powered Vehicles.

The Highway Fuel Economy Driving Schedule (HWFET) .15 Mode Driving Schedule for Exhaust Measurement and Fuel Economy Test Procedure. Results of simulation. Results of the UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle (Low Powered Vehicles) 74 4. Results of the Highway Fuel Economy Driving Schedule.

Results of the Japanese 10.15 Mode Driving Schedule. Comparing fuel efficiency. Research and Development Directions. 86 ix List of Figures Figure 1.1 System Lohner-Porsche Mixte .2 Toyota Camry Hybrid .3 Working principle of Hybrid Vehicle.4 Series Hybrid Structure .5 Parallel Hybrid Structure .6 Series - Parallel Hybrid Structure .7 Toyota Corolla Cross is one of the best-selling hybrid models in Vietnam.1 The structure of Hybrid system.2 2AZ-FXE engine .3 The gear box of hybrid vehicles.4 Control system diagram MG1, MG2 .5 Planetary Gear Unit .6 Power Split Device .8 Starting engine when the car stops mode .9 Engine Started mode .10 Acceleration and Overhill mode .11 Hold the throttle at high speed mode .13 Movement from stop on slope mode.14 Slow down and EV mode .15 Reverse Driving Mode .17 DC-DC converter system diagram .18 Boost Converter system diagram .19 HV Battery Unit .21 SMR (System Main Relay) Control diagram .22 Cooling Fan system .23 Battery Smart Unit.24 THS ECU diagram .25 SOC Control method .26 Auxiliary Battery Charging system .27 Motor Drive Operation diagram .28 Generator Drive Operation diagram .29 Inverter Assembly Control diagram .30 Voltage Boost Conversion Function .31 Voltage Drop Conversion Function .32 Skid Control ECU Control system .33 Diagram of a series-parallel hybrid powertrain system .1 Hybrid vehicle model in Simulink using Simscape.2 ICE model block.3 Electrical model block.4 Structure of Electrical block.5 Torque coupling devices .6 Speed coupling device .7 Simulink model for planetary gear set speed coupling device .8 Free body diagram of vehicle .10 Control Block Structure .11 Stateflow decision logic.12 Engine speed controller .13 Generator speed controller .14 Motor speed controller.15 Battery charge controller .1 Simulated velocity in UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle .2 Simulated acceleration in UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle .3 Evaluated the modes of hybrid vehicle in UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle .4 Fuel consumption in UN/ECE Extra-Urban Driving Cycle .5 Evaluated the modes of hybrid vehicle in Highway Fuel Economy Driving Schedule .6 Fuel consumption in the Highway Fuel Economy Driving Schedule .7 Simulated velocity in the Japanese 10.15 Mode Driving Schedule .8 Simulated ICE in the Japanese 10.15 Mode Driving Schedule .9 Simulated motor in the Japanese 10.15 Mode Driving Schedule .10 Simulated generator in the Japanese 10.15 Mode Driving Schedule .11 Fuel consumption in the Japanese 10.15 Mode Driving Schedule.

82 xii List of Tables Table 2.1 2AZ-FXE Engine Specification .2 Gear Box specifications .5 The relationship between components in PSD .6 HV Battery specifications .1 Vehicle simulation parameters.2 Compare fuel economy. 83 xiii List of acronyms EV – Electric Vehicles HEV – Hybrid Electric Vehicles SHEV – Series Hybrid Electric Vehicles PHEV – Parallel Hybrid Electric Vehicles ICE – Internal Conbustion Engine EM – Electric Motor MG – Motor Generator MG1 – Motor Generator 1 MG2 – Motor Generator 2 PSD – Power Split Devices SOC – State of Charge SPHEV – Series Parallel Hybrid Electric Vehicles THS – Toyota Hybrid System SMR – System Main Relay xiv Abstract Automakers are trying to innovate their science to meet consumers' demands due to concerns about environmental pollution and fuel consumption. One of them could be a hybrid vehicles – the vehicles combine an internal combustion engine with an electric motor. Our team understands the significance and viability of consumers while utilizing hybrid vehicles to reduce fuel consumption based on what they need.

As a result, we decided to proceed with the project to show that hybrid vehicles are viable in terms of fuel usage. This project simulates a Toyota Camry Hybrid by using MATLAB/Simulink software. xv Chap 1: INTRODUCTION 1. Overview of Topic 1.

The reason to choose this topic Today, due to the strong growth in the number of road vehicles, the air pollution caused by the emissions of these vehicles has become more and more serious, especially in urban areas. To save the environment and improve air quality in big cities, governments have introduced strict regulations on fuel consumption and vehicle emissions. This is the main driving force for automakers to invest in developing new, environmentally friendly technologies for their product lines, including electric vehicles. However, the use of electric motors as a power source still has some problems, such as limited battery capacity, short battery life, large volume of electric motor and battery, long-time charging, high cost.

Therefore, the current use of electric motors as an alternative source of motivation for motors is still limited, only used in a few specific and necessary cases. In order to promote the advantages as well as limit the remaining problems of electric motors when used in vehicles, scientists have come up with a solution to combine electric motors with internal combustion engines, or commonly referred to as hybrid vehicles. The powertrains system of hybrid is known for 3 types: series, parallel and series – parallel. Regardless of the type of powertrain, a hybrid system must include components such as an internal combustion engine, an electric motor, a generator and a high-voltage battery.

To find out how hybrid vehicles can reduce fuel consumption, our team decided to choose the topic: “Application of MATLAB in fuel consumption simulation of series-parallel hybrid vehicles”. Objective - Understanding the theoretical basis and operating principle of hybrid vehicles. - Research, simulate the model of series-parallel hybrid vehicles for fuel consumption. - Comparing the simulation result with parameters of manufactures.

Object and scope of the study - The purpose of this research is the MATLAB simulation model of series-parallel hybrid vehicles. - Scope of the study: Research a series-parallel hybrid vehicles model and simulation the fuel consumption of model on MATLAB. Research method - Using the theoretical basis of reference sources to research models. 1 - Apply or refer to the available vehicle parameters in reality to conduct simulations.

- Using MATLAB to simulate fuel consumption with different driving cycles. Some related research Currently, more and more hybrid vehicles are used, there is a lot of research with the goal of modernizing and minimizing fuel consumption. have studied “Hierarchical control structures for hybrid vehicles – modelling, simulation, and optimization”. Based on parallel and serial hybrid vehicle control sequence models through the DSL dynamics system language and Camel software environment, an arithmetic analysis, e., nonlinear system dynamics simulation, was made.

For different levels of the hierarchical control structure, different optimization strategies have been applied to reduce fuel consumption and emissions, and the processes are optimized based on Nonlinear simulation was used. Mohamed Awadallah, Peter Tawadros, Paul Walker, Nong Zhang studied the “Dynamic modelling and simulation of a manual transmission based mild hybrid vehicle”. By combining a powertrain with a manual transmission and a secondary power source in the form of an electric motor driving the output shaft of the gearbox, the authors have researched the creation of a mild hybrid powertrain. The dynamic performance of conventional and lightweight hybrid powertrains is compared using mathematical models of the two systems.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu với tiêu đề Mô phỏng tiêu thụ nhiên liệu trên xe hybrid song song - chuỗi bằng MATLAB/SIMULINK cung cấp một cái nhìn sâu sắc về cách thức mô phỏng và phân tích hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu của các phương tiện hybrid. Bằng cách sử dụng MATLAB/SIMULINK, tài liệu này không chỉ giúp người đọc hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nhiên liệu mà còn cung cấp các phương pháp mô phỏng thực tiễn để tối ưu hóa thiết kế và vận hành xe hybrid.

Đặc biệt, tài liệu này mang lại lợi ích cho các kỹ sư, nhà nghiên cứu và sinh viên trong lĩnh vực cơ khí và năng lượng, giúp họ nắm bắt được các công cụ và kỹ thuật hiện đại trong việc phát triển và cải tiến hệ động lực của xe hybrid.

Nếu bạn muốn mở rộng kiến thức của mình về thiết kế hệ động lực cho xe hybrid, hãy tham khảo tài liệu Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ động lực xe hybird. Tài liệu này sẽ cung cấp thêm thông tin chi tiết về các phương pháp thiết kế và tính toán, giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về lĩnh vực này.