Tiểu luận mô phỏng xe Tesla Model 3 2020 sử dụng MATLAB Simulink

Khám phá tiểu luận mô phỏng xe Tesla Model 3 2020 bằng MATLAB Simulink, phân tích hiệu suất và công nghệ tiên tiến trong thiết kế xe điện.

• Tác giả: Phan Quốc Bảo
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Quang Trãi
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Mô Phỏng Xe Tesla Model 3 2020 Bằng MATLAB Simulink
• Loại tài liệu: đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về xe điện

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, mô phỏng xe hơi trở thành một giải pháp quan trọng. Tesla Model 3 là một trong những mẫu xe điện tiên tiến nhất hiện nay. Việc nghiên cứu và mô phỏng động học của xe điện không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của nó mà còn hỗ trợ trong việc phát triển công nghệ ô tô. MATLAB và Simulink là hai công cụ mạnh mẽ cho việc mô phỏng và phân tích hệ thống. Chúng cho phép người dùng xây dựng mô hình động học của xe, từ đó phân tích hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế. Việc sử dụng MATLAB và Simulink trong mô phỏng giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời nâng cao độ chính xác trong việc dự đoán hành vi của xe trong các điều kiện khác nhau.

1.1. Lịch sử phát triển xe điện

Xe điện đã có lịch sử phát triển lâu dài, bắt đầu từ những năm 1800. Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của xe điện chỉ diễn ra trong những năm gần đây, nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ pin và động cơ điện. Tesla đã đóng góp lớn vào sự phát triển này với các mẫu xe như Model 3. Mô hình này không chỉ nổi bật về hiệu suất mà còn về tính năng an toàn và tiện nghi. Việc mô phỏng hệ thống của xe điện giúp các nhà nghiên cứu và kỹ sư hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các bộ phận như pin, động cơ và hệ thống điều khiển. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển các công nghệ mới và cải tiến hiệu suất của xe điện.

II. Cơ sở lý thuyết

Để thực hiện mô phỏng động lực học, cần hiểu rõ các bộ phận chính của xe điện. Các bộ phận này bao gồm hệ thống pin, motor và hệ thống điều khiển. Mỗi bộ phận có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và an toàn cho xe. Hệ thống pin cung cấp năng lượng cho motor, trong khi hệ thống điều khiển quản lý hoạt động của các bộ phận này. Việc phân tích và mô phỏng hệ thống giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất. Sử dụng MATLAB và Simulink, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các mô hình mô phỏng chính xác, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến cho thiết kế xe điện.

2.1. Các bộ phận chính của xe điện

Mỗi bộ phận trong xe điện đều có chức năng riêng biệt. Motor là bộ phận chính chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Hệ thống pin lưu trữ năng lượng và cung cấp cho motor khi cần thiết. Hệ thống điều khiển giúp điều chỉnh hoạt động của motor và quản lý năng lượng từ hệ thống pin. Việc hiểu rõ chức năng của từng bộ phận là rất quan trọng trong việc mô phỏng hệ thống. Các mô hình mô phỏng cho phép phân tích hiệu suất của từng bộ phận, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của xe mà còn nâng cao độ tin cậy và an toàn cho người sử dụng.

III. Thiết kế và mô phỏng

Quá trình thiết kế và mô phỏng xe điện bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định các thông số kỹ thuật của Tesla Model 3. Sau đó, sử dụng MATLAB và Simulink để xây dựng mô hình mô phỏng. Các khối mô phỏng được kết nối với nhau để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. Việc này giúp phân tích và đánh giá hiệu suất của xe trong các điều kiện khác nhau. Các kết quả thu được từ mô phỏng sẽ được so sánh với dữ liệu thực tế để đánh giá độ chính xác của mô hình. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển các công nghệ mới cho xe điện.

3.1. Các bước thực hiện mô phỏng

Các bước thực hiện mô phỏng bao gồm việc xác định các thông số đầu vào, xây dựng mô hình trong Simulink, và chạy mô phỏng để thu thập dữ liệu. Sau khi hoàn thành mô hình, cần phân tích các kết quả thu được để đánh giá hiệu suất của xe. Việc này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của xe mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các giải pháp cải tiến. Các đồ thị và số liệu thu được từ mô phỏng sẽ được sử dụng để so sánh với dữ liệu thực tế, từ đó đưa ra các nhận xét và kết luận về hiệu suất của Tesla Model 3.

IV. Kết quả mô phỏng

Kết quả từ quá trình mô phỏng cho thấy hiệu suất của Tesla Model 3 trong các điều kiện khác nhau. Các đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ, quãng đường và tiêu thụ năng lượng. Việc phân tích các kết quả này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của xe. Các thông số như tốc độ, trọng tải và điều kiện thời tiết đều có tác động lớn đến hiệu suất hoạt động của xe. Kết quả từ mô phỏng không chỉ giúp cải thiện thiết kế mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các công nghệ mới cho xe điện.

4.1. Đánh giá kết quả mô phỏng

Đánh giá kết quả mô phỏng cho thấy rằng Tesla Model 3 có hiệu suất vượt trội so với các mẫu xe điện khác. Các đồ thị cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ và tiêu thụ năng lượng, cho thấy rằng xe có khả năng tiết kiệm năng lượng tốt. Việc so sánh giữa mô hình mô phỏng và dữ liệu thực tế cho thấy độ chính xác cao, cho phép các nhà nghiên cứu đưa ra các giải pháp cải tiến cho thiết kế. Kết quả này không chỉ có giá trị trong việc phát triển công nghệ xe điện mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. Nguồn gốc ra đời của xe sử dụng động cơ đốt trong. Vấn đề ô nhiễm và tiêu chuẩn khí 0 3. Xe điện là gì.

Xe điện là gì. Lịch sử phát triển của xe điện. Các kiểu xe điện.1 Battery Electric Vehicle.2 Hybrid electric vehicle.3 Plug – in hybrid electric vehicle.4 Fuel Cell Electric Vehicle. Tình hình phát triển xe điện ở thế giới và Việt Nam.1 Tình hình phát triển trên thế giới.2 Tình hình phát triển ở Việt Nam.

Tìm hiểu về công ty Tesla.11 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Các bộ phận chính. Kết cấu động học.2 Mạch cầu H - Bridge.4 Hệ thống phanh tái tạo.6 Tính toán động học.19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG. Giới thiệu phần mềm mô phỏng.

Các bước thực hiện. Các bước mô phỏng.26 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. Mô hình hoàn thiện. Hệ thống Pin.2 Hệ thống Motor và điều khiển Motor.3 Hệ thống thân xe.

Các đồ thị của mô phỏng.1 Đồ thị vận tốc đầu ra – tổng quãng đường đi được.2 Tốc độ motor đầu ra.3 Đồ thị trạng thái sạc.4 Đồ thị dòng điện và điện áp.5 Đồ thị tiêu hao năng lượng.6 Đồ thị công suất pin. 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO.51 0 0 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa ICE Internal Combustion Engine BEV Battery Electric Vehicle HEV Hybird Electric Vehicle PHEV Plug – in Hybrid Electric Vehicle FCEV Fuel Cell Electric Vehicle DC Direct Current AC Alternating Current PWM Pulse - width modulation 0 0 0 0 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1. 2: Toyota Corolla Cross Hybrid. 3: Mitsubishi Outlander Plug – in.

4: Toyota Mirai 2021 Fuel Cell 1 Hình 2. 1: Mô hình hoạt động của motor. 2: Motor của Tesla model 3. 3: Pin của xe Tesla.

4: Đồ thị xung dạng PWM. 5: Khối cầu chữ H. 6: Sơ đồ các lực và moment khi xe lên dốc. 7: Thông số lốp xe 2 Hình 3.

1: Tập đoàn Mathworks. 2: Phần mềm tính toán và lập trình Matlab. 3: Phần mềm mô phỏng Simulink. 4: Mô hình cấu tạo của xe thuần điện.

5: Sơ đồ khối xe thuần điện. 6: Mô hình khối pin trong Matlab - Simunlink. 7: Sơ đồ khối pin trong Matlab. 8: Các thông số giá trị của khối pin.

9: Sơ đồ và mô phỏng khối motor trong Matlab. 10: Các thông số giá trị của khối motor. 11: Mô hình khối cầu chữ H trong Matlab – Simulink. 12: Giá trị thông số của khối cầu chữ H.

13: Khối điều khiển điện áp PWM. 14: Khối điều khiển PWM. 15: Mô hình khối thân xe. 16: Giá trị khối thân xe.

17: Mô hình và giá trị khối lốp xe. 18: Khối kết thúc tín hiệu vật lý. 19: Khối giải thuật. 20: Khối điều khiển điều kiện lái và giá trị của khối.

21: Giá trị của Kp, Ki. 22: Mô hình và giá trị khối chu trình lái. 23: Khối Powergui và giá trị của khối 3 Hình 4. 1: Mô hình hệ thống xe điện trên Matlab – Simulink.

2: Mô hình hệ thống pin. 3: Mô hình mô phỏng hệ thống Motor. 4: Mô hình mô phỏng hệ thống thân xe. 5: Đồ thị vận tốc đầu ra giữa vận tốc đầu ra và chu trình lái.

6: Đồ thị quãng đường đi được. 7: Đồ thị tốc độ đầu ra của motor. 8: Đồ thị trạng thái sạc của xe điện. 9: Đồ thị cường độ dòng điện.

11: Đồ thị tiêu hao nhiên liệu. 12: Đồ thị tổng lượng tiêu hao công suất. 13: Đồ thị công suất pin. 14: Đồ thị tiêu hao công suất.49 xvi 0 0 MỞ ĐẦU 1.

Tính cấp thiết của đề tài Trong thời đại hiện nay, ngành công nghiệp oto đã quá phát triển, từ những chiếc xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống được phát minh lần đầu vào năm 1860. Qua hàng hàng trăm năm phát triển, nghiên cứu và sản xuất ra rất nhiều chiếc xe có công nghệ vượt bậc, những chiếc xe đáp ứng tiện nghi vô cùng hiện đại cũng như những chiếc xe với tốc độ đáng kinh ngạc. Nhưng ai cũng có thể thấy rằng, đa số các chiếc xe oto hiện nay đa phần sử dụng động cơ đốt trong với nguồn nhiên liệu hóa thạch, mà trong quá trình động cơ hoạt động, chính nhiên liệu hóa thạch đó được chuyển đổi và thải ra các khí như CO2, NOx hay HC, chúng là những nguyên nhân hàng đầu gây ô nhiễm nhà kính, gây ảnh hưởng tồi tệ đến môi trường sống của bản thân mỗi chúng ta. Việc hạn chế giảm thiểu các chất độc hại nguy hiểm đó hiện nay là vấn đề nóng bỏng của toàn bộ các quốc gia trên thế giới, việc đề ra các tiêu chuẩn khí thải cũng chưa thực sự đạt được giá trị như mong đợi.

Tìm ra những nguồn nhiên liệu mới thân thiện với môi trường đang là xu hướng hàng đầu trong việc sản xuất của các hãng xe hiện nay, từ đó, những chiếc xe sử dụng nhiên 0liệu sạch 0 được ra đời. Các dòng xe thân thiện từng được nghiên cứu và phát triển như xe sử dụng nhiên liệu sinh học, xe lai hay còn gọi là xe hybrid, xe sử dụng pin nhiên liệu, và dòng xe được nghiên cứu nhiều nhất là xe điện. Xe điện có thể là nguồn năng lượng chính cho các phương tiện vận chuyển sau này, và đi đầu trong lĩnh vực xe điện phải nhắc đến dòng xe Tesla do tập đoàn Tesla sản xuất. Để tìm hiểu cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của xe điện, đó là lí do vì sao nhóm em chọn đề tài xe điện để nghiên cứu trong đồ án môn học lần này, cụ thể chiếc xe nhóm em tìm hiểu và đánh giá là xe Tesla Model 3 đời 2020.

Mục đích nghiên cứu Xe điện là dòng xe được nghiên cứu và phát triển nhiều trong giai đoạn hiện nay, để có thể đưa những phiên bản tối ưu nhất. Cùng với đó, qua bài nghiên cứu này, có thể hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của dòng xe này như thế nào, các kiểu tổ hợp của xe, các bộ phận quan trọng có trong xe như motor, pin và các bộ phần khác, công nghệ hiện đại ở mẫu xe này, cũng như tìm ra những hạn chế vẫn còn trên xe. Nhiệm vụ nghiên cứu - Vấn đề ô nhiễm khí thải hiện nay xvii 0 0 - Tìm hiểu cấu tạo của xe điện, thông số cơ bản của Tesla Model 3 2020 - Phân tích các khối mô phỏng có trong xe điện - Sử dụng Matlab – Simulink để mô phỏng các khối hoạt đông của xe điện - Phân tích các đồ thị sau khi đưa vào Matlab – Simulink - Đánh giá và rút ra kết luận 4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Thương hiệu xe điện Tesla đã quá quen thuộc hiện nay, những dòng xe điện của hãng luôn đi đầu trong công nghệ về pin và motor.

Do đó, nhóm lựa chọn dòng xe điện Tesla model 3 đời 2020 để nghiên cứu và phát triển, chiếc xe này cũng được trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh mang về cho sinh viên nghiên cứu và tìm hiểu. Ngoài ra, đối tượng nghiên cứu của nhóm còn pin Lithium Ion - loại pin được sử dụng trong hầu hết các dòng xe điện do tính tiện lợi và khả năng sử dụng của chúng, motor được sử dụng các dòng xe điện là nguồn truyền lực chính của xe. Từ đó đưa ra phân tích, so sánh và kết luận. Hiện nay, xe điện thường có phạm vi hoạt động trong mỗi lần sạc ngắn hơn so với các phương tiện thông thường tương đương cho mỗi lần cung cấp đầy nhiên liệu.

Hiệu quả và phạm vi lái xe của xe điện thay đổi đáng kể tùy vào điều kiện vận hành xe. Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao từ bên ngoài có xu hướng giảm phạm vi vì chúng phải sử dụng nhiều điện năng hơn để điều chỉnh nhiệt độ của cabin. Tốc độ xe cao sẽ làm phạm vi hoạt động giảm, vì năng lượng cần thiết để vượt qua lực cản so với chạy nhanh dần đều, tăng tốc đột ngột làm giảm phạm vi. Tải nặng hoặc tăng độ nghiêng cũng làm giảm phạm vi hoạt động của động cơ điện.

Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết Mỗi khối trong xe điện đều có một chức năng và các công thức khác nhau, để có thể 0 các0 khối mô phỏng trong nó, nguyên lý hoạt động phân tích được chiếc xe, cần hiểu được của khối, khi đó, hiểu được các khối thì ta thể phân tích được chiếc xe.2 Nghiên cứu trên cơ sở mô phỏng Sau khi hiểu được các khối có trong mô phỏng, ta mô phỏng từng khối trong Matlab – Simulink, kết nối các khối lại với nhau và xác định được đâu là thiết kế tối ưu, ưu nhược điểm của kiểu thiết đó, tại sao trên các dòng xe thực tế người ta lại sử dụng kiểu xviii thiết kế này. Sau khi đã nắm được ta0 đưa 0số liệu số liệu thức tế của Tesla Model 3 và so sánh các đồ thị giữa xe mô phỏng và xe thực tế.3 Nghiên cứu dựa trên cơ sở thực tế Sau khi đã có được mô hình mô phỏng và các đồ thị của mô phỏng, ta nhập các giá trị của xe Tesla Model 3 vào sau đó nhận xét. Đánh giá và chỉ ra các điểm giống nhau trong từng đồ thị, các điểm khác nhau và đánh giá đâu là tối ưu hay chưa tối ưu. Cuối cùng đánh giá và nêu lên kết luận.

Ý nghĩa thực tiễn Mục đích chính của bài báo cáo này là tìm hiểu quy trình hoạt động của xe điện, các bộ phần cần thiết trong xe điện, tại sao xe điện lại có những thành phần đó. Thông qua bài báo cáo đưa ra được kết luận gì, từ đó phân tích những điểm sai sót trong quá trình thiết kế của nhóm. Rút ra được bài học sau quá trình nghiên cứu, từ đó hỗ trợ cho đồ án tốt nghiệp sau này. Cấu trúc Cầu trúc phần báo cáo này gồm 4 phần: - Phần 1: Tổng quan về xe điện - Phần 2: Cơ sở lý thuyết về xe điện - Phân 3: Thiết kế và mô phỏng - Phần 4: Kết quả mô phỏng xix 0 0 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.

Nguồn gốc ra đời của xe sử dụng động cơ đốt trong Người đưa ra nền móng trong việc xe oto sử dụng nhiên liệu động cơ đốt trong là một kỹ sư người Pháp tên là Jean Joseph Etienne Lenoir. Vào năm 1860, chiếc xe của ông mang trên mình động cơ hai kỳ với nhiên liệu được sử dụng là nhựa thông, đây là chiếc xe sử dụng nhiên liệu lỏng đầu tiên về mặt thương mại trên thế giới. Cho đến năm 1872, Nicolaus August Otto, kỹ sư người Đức dựa vào những phát minh trước chế tạo nên một chiếc xe có động cơ hiệu quả hơn và cuối cùng ông đã thành công trong việc sử dụng động cơ bốn kỳ.