Chương 1: TỔNG QUAN 1 1. Phân loại hệ thống phanh tái sinh 3 1. Phân tích và so sánh các phương án tích trữ năng lượng của hệ thống RBS 8 1. Các hướng nghiên cứu về thu hồi năng lượng khi phanh 11 1.
Đề xuất phương án nghiên cứu 17 1. Mục tiêu nghiên cứu 19 1. Nội dung nghiên cứu 20 1. Đối tượng nghiên cứu 20 1.
Phạm vi nghiên cứu 20 1. Tính mới của luận án 21 1. Bố cục của luận án 22 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 2. Xác định các thông số của bộ thu hồi năng lượng khi phanh 24 2.
Xác định mô men quán tính của xe trong quá trình phanh hoặc giảm tốc 26 2. Xác định I theo công thức thực nghiệm 28 xii luan an 2. Thiết lập phương trình toán cho hệ thống 30 2. Tính toán mô hình hóa ắc quy 33 2.
Xây dựng mô hình mô phỏng các thông số động lực học của xe 34 2. Tính toán và mô phỏng các giá trị tổn hao 37 2. Xây dựng bộ điều khiển 40 2. Phân tích các chu trình lái xe được sử dụng trong mô phỏng và tính toán bộ điều khiển 40 2.
Thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống RBS theo các chu trình lái xe 43 2. Các kết quả mô phỏng và tính toán năng lượng thu hồi 48 Chương 3: TỐI ƯU HÓA THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI LỰC PHANH TÁI SINH 3. Tổng quan về các hướng nghiên cứu nhằm tăng hiệu quả thu hồi năng lượng khi phanh 57 3. Tối ưu hóa kỹ thuật điều khiển hệ thống phanh tái sinh 58 3.
Các hướng nghiên cứu trong việc tăng hiệu suất thu hồi năng lượng và hiệu suất tích lũy năng lượng của ắc quy 58 3. Tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và không gian sử dụng của ắc quy 59 3. Cơ sở lý thuyết về điều khiển phân phối lực phanh tái sinh 60 3. Phương pháp tối đa hóa năng lượng thu hồi khi phanh 62 3.
Phương pháp tối ưu sự phân phối lực phanh 63 3. Phương pháp điều khiển phối hợp 64 3. Phân tích các thuật toán điều khiển tối ưu phân phối lực phanh tái sinh 65 3. Tối ưu hóa thuật toán điều khiển bằng phương pháp Particle Swarm Optimization – PSO 66 3.
Mô tả thuật toán PSO 66 3. Các bước giải thuật toán PSO 69 3. Áp dụng giải thuật PSO tối ưu hóa thuật toán điều khiển hệ thống phanh tái sinh 70 3. Chiến lược kiểm soát phanh tái tạo trước khi tối ưu hóa 70 xiii luan an 3.
Mô hình tối ưu hóa chiến lược điều khiển phanh tái sinh 71 3. Mô phỏng và phân tích kết quả 80 Chương 4: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 4.2 Thiết kế các cụm chi tiết trong hệ thống phanh tái tạo năng lượng 82 4.3 Thí nghiệm đánh giá hệ thống trên xe với các tốc độ bắt đầu quá trình phanh khác nhau 84 4.1 Mô tả điều kiện thực nghiệm 84 4.2 Tính toán năng lượng thu được 87 4.3 Tính hiệu suất bộ thu hồi năng lượng 89 4.4 Tính toán xây dựng mô hình thực nghiệm theo các chu trình lái xe 91 4.1 Các thông số của mô hình thí nghiệm 92 4.2 Mô tả quá trình thí nghiệm 94 4.5 Kết quả thực nghiệm và phân tích kết quả 97 4.6 Xử lý số liệu thực nghiệm và tìm vùng phân bố năng lượng theo tốc độ xe đối với từng chu trình thử nghiệm 101 4.1 Xác định xu hướng của năng lượng theo vận tốc chu trình EUDC 104 4.2 Xác định đường xu hướng năng lượng theo vận tốc chu trình ECE-R15 106 4.3 Xác định đường xu hướng của năng lượng theo vận tốc chu trình NEDC 107 4.4 Xác định đường xu hướng của năng lượng theo vận tốc chu trình FTP 75 109 Chương 5: KÊT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5. Kiến nghị 112 xiv luan an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu và Giải thích ý nghĩa Ghi chú chữ viết tắt RBS Regenerative Braking System Hệ thống phanh tái sinh CVT Continuously Variable Transmission Hộp số vô cấp EV Electric Vehicles Các xe điện HEV Hybrid Electric Vehicles Các xe lai điện HHV Hydraulic Hybrid Vehicles Các xe lai thủy lực Conventional Internal Combustion CICE Động cơ đốt trong truyền thống Engine Hệ thống thu hồi năng lượng động KERS Kinetic Energy Recovery System năng FCV Fuel Cell Vehicles Các xe sử dụng pin nhiên liệu FWB Flywheel Battery Bánh đà tích điện PGS Planetary Gear System Hệ bánh răng hành tinh FPT-75 Federal Test Procedure Chu trình thử nghiệm của Mỹ EUDC Extra Urban Driving Cycle Chu trình thử nghiệm Châu Âu NEDC New European Driving Cycle Chu trình thử nghiệm Châu Âu PID Proportional, Integral, Derivative Bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ GPS Global Positioning System Hệ thống định vị PSO Particle Swarm Optimization Tối ưu hóa bầy đàn Multiple Objective Particle Swarm MOPSO Tối ưu hóa bầy đàn đa mục tiêu Optimization xv luan an DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Tính i theo công thức thực nghiệm 29 Bảng 2.2: Công suất tổn hao từ các bộ phận 31 Bảng 2.3: Tốc độ máy phát điện và các công thức tổn hao 32 Bảng 2.4: Hằng số hao tổn 34 Bảng 2.5: Thông số cơ bản của xe Toyota Hiace 34 Bảng 2.6: Các giá trị i từng tay số 36 Bảng 2.7: Công suất tổn hao từ các bộ phận 37 Bảng 2.8: Tính toán năng lượng thu hồi được trên các chu trình 56 Bảng 3.1: So sánh giá trị bằng hai bộ điều khiển 65 Bảng 3.2: Kết quả tính toán các thông số sau khi điều khiển tối ưu 80 Bảng 4.1: Các thông cơ bản của bộ thu hồi năng lượng 83 Bảng 4.2: Bảng giá trị năng lượng thu được theo vận tốc xe tại thời điểm phanh 80 Bảng 4.3: Hiệu suất của bộ thu hồi năng lượng ở các chế độ giảm tốc 90 Bảng 4.4: Công suất và số vòng quay cực đại của mô tơ điện theo từng chu trình 99 Bảng 4.5: Thông số các thiết bị trong thí nghiệm 93 Bảng 4.5: Kết quả thực nghiệm 101 xvi luan an DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Các hướng nghiên cứu tích trữ năng lượng tái tạo khi phanh 2 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng phanh tái sinh dạng điện năng 3 Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển bộ converter 4 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phanh tái sinh với siêu tụ 4 Hình 1.5: Hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng thủy lực 5 Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng bánh đà 6 Hình 1.7: Bánh đà tích điện trên xe Porches 918 RSR concept 7 Hình 1.8: Hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng lò xo cuộn 8 Hình 1.9: Độ ổn định điện áp của các phương án tích trữ năng lượng khi phanh 9 Hình 1.10: Khả năng chịu nhiệt của các phương án 9 Hình 1.11: Hiệu suất của các phương án tích trữ năng lượng khi phanh 10 Hình 1.12: Suất tiêu hao nhiên liệu của các phương án 10 Hình 1.13: Giá thành của các phương án tích trữ năng lượng khi phanh 11 Hình 1.14: Sơ đồ thử nghiệm của các tác giả Jefferson and Ackerman 14 Hình 1.15: Sơ đồ thử nghiệm của của tác giả R.16: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh 15 Hình 1.17: Sơ đồ hệ thống tích trữ năng lượng khi phanh bằng cơ khí 16 Hình 1.18: Bánh đà siêu tốc của hãng Flybird 16 Hình 1.19: Sơ đồ thử nghiệm trong hệ thống SJSU-RBS 17 Hình 1.20: Tổng quan về các hướng nghiên cứu về RBS 18 Hình 1.21: Mô hình nghiên cứu được đề xuất 19 Hình 2.1: Các lực tác dụng lên xe 24 Hình 2.2: Sơ đồ mô hình hóa ắc quy và các phụ tải 33 Hình 2.3: Lực cản gió 35 Hình 2.4: Lực cản lăn 35 Hình 2.5: Lực cản dốc 35 xvii luan an Hình 2.6: Mô hình tính toán lực quán tính có sự thay đổi hệ số δi ở từng tay số 36 Hình 2.7: Mô hình mô phỏng bộ CVT 37 Hình 2.8: Mô hình phỏng tổn hao về điện 38 Hình 2.9: Mô phỏng tổn hao về từ tính 38 Hình 2.10: Mô phỏng tổn hao về cơ khí của máy phát 39 Hình 2.11: Mô hình mô phỏng tổn hao về cơ khí của bộ truyền xích và BRHT 39 Hình 2.12: Các thông số động lực học của xe 39 Hình 2.13: Sơ đồ mô phỏng cụm thu hồi năng lượng 40 Hình 2.14: Chu trình thử FTP – 75 41 Hình 2.15: Chu trình thử EUDC 41 Hình 2.16: Chu trình thử ECE- R15 42 Hình 2.17: Chu trình thử NEDC 43 Hình 2.18: Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống 43 Hình 2.19: Sơ đồ điều khiển kín 44 Hình 2.20: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mô hình mô phỏng 46 Hình 2.21: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 47 Hình 2.22: Sơ đồ giải thuật điều khiển phân phối lực phanh 48 Hình 2.23: Tốc độ xe so với chu trình chuẩn FTP-75 sau khi điều khiển bằng PID 49 Hình 2.24: Kết quả tốc độ máy phát khi mô phỏng theo chu trình FTP-75 49 Hình 2.25: Công suất máy phát điện khi mô phỏng theo chu trình FTP-75 50 Hình 2.26: Năng lượng thu được trên toàn chu trình FTP-75 50 Hình 2.27: Tốc độ xe theo chu trình chuẩn ECE-R15 sau khi điều khiển bằng PID51 Hình 2.28: Kết quả tốc độ máy phát khi mô phỏng theo chu trình ECE-R15 51 Hình 2.30: Năng lượng thu được trên toàn chu trình ECE-R15 52 Hình 2.31: Tốc độ xe so với chu trình chuẩn NEDC sau khi điều khiển bằng PID 52 Hình 2.32: Kết quả tốc độ máy phát sau khi mô phỏng theo chu trình NEDC 53 Hình 2.33: Công suất máy phát điện khi mô phỏng theo chu trình NEDC 53 Hình 2.34: Năng lượng thu được trên toàn chu trình NEDC 53 xviii luan an Hình 2.35: Tốc độ xe so với chu trình chuẩn EUDC sau khi điều khiển bằng PID 54 Hình 2.36: Kết quả tốc độ máy phát sau khi mô phỏng theo chu trình EUDC 54 Hình 2.37: Công suất máy phát điện khi mô phỏng theo chu trình EUDC 54 Hình 2.38: Năng lượng thu được trên toàn chu trình EUDC 55 Hình 2.39: Biểu đồ so sánh kết quả mô phỏng giữa các chu trình 55 Hình 3.1: Đặc tính phân phối lực phanh 61 Hình 3.2: Biểu đồ các phương pháp điều khiển phanh tái sinh 62 Hình 3.3: Sơ đồ phạm vi phanh an toàn khi phanh 64 Hình 3.4: Bầy đàn với 10 cá thể trong không gian tìm kiếm 2 chiều 67 Hình 3.5: Quan hệ vị trí – vận tốc trong không gian 2 chiều 68 Hình 3.6: Vùng phân phối lực phanh an toàn 70 Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật điều khiển phân phối lực phanh tái sinh 74 Hình 3.8: Bản đồ phân phối lực phanh tối ưu 75 Hình 3.